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- ”本 书 是 < 生物 学 基础 知识 丛书 > 之 一 。 它 比较 系统 地 介绍 了 生态 系 统 的 基本 概念 及 理论 ,论述 了 生态 平衡 的 意义 ?内 容 丰 富 * 图 文 并 茂 > 文 笔 流 畅 * 通 俗 易 懂 。 全 书 共 分 七 章 着 重 论 述 了 生态 系统 学 说 的 由 来 和 发 展 ;生态 系统 - 的 结构 与 功能 ;生态 系统 的 主要 类 型 ;生态 系统 的 形成 与 生物 群落 的 演 - BS ERRAND SS ;环境 污染 与 生态 系统 和 生态 系统 学 说 的 研究 与 展望 。 本 书 可 供 广大 干部 \ 大 专 院 校 生物 \ 农 林 专 业 师 生 及 生态 工作 者 阅
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生态 系统 浅说 pix BEB 编著 责任 编辑 EH
eek maith & JERBRNAKE 137 号 -
¥ AAs Me OS Ell 新 华 书店 北京 发 行 所 发 行 ” 各 地 新 华 书店 经 售
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198347 6 月 第 一 R 开本 :787xX1092 1/32 1983 年 6 月 第 一 次 印刷 印张 :6 1/4 插页 :1 Fux : 0001—815700 FH : 140,000
统一 书号 : 13031 2276
AH BS 2 3116 * 13—10
定价 ; 9.82 元
序
勤劳 勇敢 的 祖国 各 族人 民 ， 正 怀 着 热切 的 心情 和 必 胜 的 信念 ,团结 在 中 国共 产 党 的 周围 ,为 加 速 实现 四 个 现代 化 而 进 行 新 的 长 征 。 在 这 个 极 不 平凡 的 历史 新 时 期 , 大 力 提高 整个 中 华 民族 的 科学 文化 水 平 具有 重大 的 现实 意义 和 深远 的 历史 意义 ,是 当前 全 党 和 全 国人 民 的 紧迫 任务 。 为 此 ,科学 出 版 社 组 织 编辑 了 各 种 自然 科学 基础 学 科 的 普及 丛书 《生物 学 基础 知识 丛书 》 就 是 其 中 之 一 。
生物 学 是 研究 生命 的 科学 。 这 一 门 规模 宏伟 、 内 容 丰 富 的 自然 科学 , 近 二 三 十 年 来 得 到 了 莲 勃 的 发 展 , 使 得 它 的 地 位 越 来 越 突 出 。 生物 学 的 许多 新 成 就 已 经 或 正在 引起 农业 、 医 疗 卫 生 、 工业 和 国防 建设 发 生 巨大 的 变革 。 由 于 生物 学 与 其 它 一 些 科 学 互相 结合 、 互 相 姿 透 和 互相 促进 ,衍生 出 许多 新 的 分 支 学 科 ,并 已 深入 到 分 子 和 量子 水 平 ,探讨 生命 现象 的 内 在 规律 ,证 明生 命 活动 的 物质 性 。 因 而 , 不 难 预料 , 生物 学 将 成 为 认识 自然 ,改造 世界 ,推动 国民 经 济 和 人 类 健康 事业 的 强大 武器 ,将 为 整个 人 类 社会 的 进步 作出 更 大 的 贡献 。
我 相信 ，,《 生 物 学 基础 知识 丛书 ?的 出 版 将 有 利于 生物 科 学 知识 的 进一步 普及 和 提高 ， 将 使 更 多 同志 掌握 和 利用 生物 科学 ,从 而 在 自己 工作 中 作出 更 大 的 贡献 ,也 将 有 利于 培育 富 有 创造 性 的 新 一 代 生物 学 家 。 衷 心 希 望 这 套 丛 书 为 加 速 实现 祖国 四 个 现代 化 增添 应 有 的 力量 。
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生态 系统 是 近代 生态 学 研究 的 基本 单元 。 自 七 十 年 代 以 来 ,发 展 为 国际 上 最 活 姥 的 前 沿 学 科 之 一 。1975 年 联合 国教 科 文 组 织 为 了 推动 此 项 工作 ,还 成 立 了 国际 生态 系统 研究 组 。 分 析 这 门 学 科 迅 速 发 展 的 原因 ， 大 致 有 两 方面 : 一 是 它 的 整 体 观 ,认为 自然 界 是 由 多 种 成 分 构成 的 网 络 体 ,通过 一 定 结构 和 相 适 应 的 质 能 循环 功能 ,自然 界 得 以 不 停 地 发 展 与 变化 ,这 种 思想 已 次 透 到 多 种 学 科 领 域 。 另 一 个 原因 , 是 这 门 学 科 所 具有 的 明显 的 实践 意义 ,当前 几 个 国际 性 重大 社会 问题 ,如 农 业 \ 人 口 、 自 然 资源 利用 和 环境 保护 等 无 一 不 直接 有 关 ， 生 态 规律 被 认为 是 解决 此 等 问题 的 理论 依据 。
生态 系统 的 研究 虽然 在 六 十 年 代 初 期 就 引起 各 国 科 学 家 的 重视 , 曾 被 国际 生物 学 规划 列 为 重点 对 象 , 但 在 陆地 、 淡 水 和 海洋 等 方面 的 进度 是 不 平衡 的 ， 工 作 水 平 大 部 分 属于 本 底 调查 和 结构 的 描述 。 进 入 七 十 年 代 后 ,深度 与 广度 都 有 较 大 发 展 , 从 结构 分 析 进 入 物质 流 与 能 流 的 代谢 功能 的 探索 ,从 粗放 定性 向 精确 的 定量 发 展 ， 从 自然 生态 系统 研究 扩展 到 以 人 类 社会 经 济 活动 为 中 心 的 城市 生态 系统 。 同时 , 广泛 运用 了 系 BKC, WEAN FERN AR ARK
我 国 的 生态 系统 工作 ,开始 于 最 近 二 、 三 年 , 但 随 着 社会 经 济 发 展 ,一 方面 , 要 求 为 新 建设 项 目 设 计 , 提供 生态 系统 的 科学 依据 ; 另 一 方面 ， 对 于 存在 的 问题 和 需要 提高 改进 的 项 目 ,如 环境 保护 、 森 林 、 草 原 和 江 \ 河 \ 湖 \ 海 的 自然 资源 管理 及 农业 生产 体制 的 最 佳 结构 等 ,迫切 要 求 掌握 生态 系统 知识 ,以
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便 模 拟 生态 经 济 规律 ,寻找 改进 途径 。 所 以 , MER, BEE 同志 编写 的 《生态 系统 浅说 ?是 适应 当前 形势 的 。 本 书 比 较 系 统 地 介绍 了 生态 系统 的 基本 概念 及 理论 ， 并 结合 现实 存在 的 若干 问题 ,论述 了 生态 平衡 的 意义 ， 可 以 预期 本 书 的 问世 ,将 对 生态 系统 知识 的 普及 起 显著 作用 。
经 验 告诉 我 们 ， 一 门 科 学 只 有 当 人 们 感觉 到 它 与 切身 的 生活 命运 不 可 分 割 时 , 才 关心 , 才 重视 ,才能 得 到 更 大 的 发 展 。 BE 1972 年 国际 《人 与 生物 圈 》 会 议 ， 就 要 求 普及 生态 学 知 识 , 达 到 家 喻 户 晓 ; 国 家 科 委 及 全 国 科 协 的 负责 同志 亦 不 止 一 次 地 向 中 国生 态 学 会 提出 要 求 ， 编 写 此 类 浅说 或 生态 学 普及 读物 ,以 满足 群众 需要 , 迄 未 能 及 时 完成 任务 。 本 书 可 做 为 完 成 此 项 任务 的 第 一 份 “ 试 卷 "， 希望 关心 和 从 事 条 态 学 工作 的 同志 多 加 指正 ,并 随时 提供 新 的 资料 ,使 这 份 试卷 的 内 容 与 水 平 不 断 得 到 补充 和 提高 。
中 国生 态 学 会 理事 长 马 HR F 19815 48
序 AS 第 一 章 生态 系统 学 说 的 由 来 和 发 展 汪 1 BEBE FRFEME SHI FCHE coceeeceetecrsccnnvencceecdececceteese sens ay 说 的 形成 与 发 展 noe eeenevsensncnccneccecencences 6 第 二 章 生态 系统 的 结构 与 功能 ws 9 二 -生态 系统 的 成 分 与 结构 二 sseroeeorereeaoseoeereeooor ye 9 (一 ) 生态 系统 的 成 分 .ee 9 (三 ) 生态 系统 的 空间 结构 -……-… 13 的 功 甬 证 2 15 (一 ) 生物 生产 16 (=) 生态 系统 中 的 能 量 流动 -…… 25 (三 ) 生态 系统 的 物质 循环 -0 40 (四 ) 生态 系统 中 的 信息 传递 ……………- “o Gis bev Gneootienagcitechdeoen 55 第 三 章 生态 系统 的 主要 类 型 …… 和 pp， ccascccccncascncce 57 一 陆地 生态 系统 cweceeccecccccecceecnccnseeccasencesccnensceeces eee 57 (二 ) 森林 生态 系统 :ee FF (=) 草原 生态 系统 72 = 求 墩 诗 态 系 统 。 .ee 79 (一 ) 湖 洒 生态 系统 79 C=) PRA RGiro orn wee eve ec no 84 三 “人 工 生 态 系统 pp 91 Gir) - EEE Hs BAB e hewn 4s ogc ncnanrtedy nn nty ato ocean 91 (=) 城市 生态 系统 …ee 94 BOE “生态 系统 的 形成 与 生物 群落 的 演 埠 7 97 一 ”生态 系统 的 形成 与 演化 ceeveeeeeenencrenenecenceeseensersenae 97
oan 生态 系统 中 生物 群落 的 演 盐 ooooocscoeeoeasa5aaaaaeseeaosases 105
第 五 章 生态 系统 的 相对 平衡 PP 111 一 什么 是 生态 平衡 ?3 111 二 ”影响 生态 平衡 的 因素 pe 115
(一 ) 环境 变化 对 生态 平衡 的 影响 :ee 116 C=) 人 为 因素 对 生态 平衡 的 影响 -ee 116 三 ”怎样 调整 生态 平衡 ee 122 (一 ) 收获 量 要 小 于 净 生 物 生 产量 -ee 123 C=) 调整 食物 链 与 维护 生态 平衡 -………………- poh lee 126 (=) BEERS BSERRZN Bh nvr ne err rer neeneenercercnene 130 (四 ) 生态 区 域 与 因地制宜 -= 133 (五 ) 创造 生物 生产 力 更 高 的 生态 系统 -5 - -卫生 (A) 建立 自然 保护 区 造福 于 子孙 后 代 cr ter sernresernnn cee seve 141
第 六 章 环境 污染 与 条 态 系 统 . pp 147
-污染 物质 及 其 来 源 222 人 人 全 区 生生 148 (一 7 工业 三 废 -… on nce cnneneneenccoesscercensereennese 0 148 (=) 垃 角 与 污水 149 CH) 汽车 与 飞机 的 尾气 -5 149 CPD) ABB EGIL Hib--on-eeeoececceececeeectenenscsrencsnsencenusessunassucdeens 149
二 ”主要 污染 物 对 生态 系统 的 危害 pp 150 (一 ) 陆地 生态 系统 的 污染 .0 151 (二 ) 水 域 生态 系统 的 污染 -np 156 C=) RTT AER READS Bin nnn vena cee entceteccenscesenseecsnsaecersetenens 162
三 “人 类 生态 环境 的 保护 pe 164 (一 ) 治理 三 废 .ee 164 (=) FES PEAR GERI SALE Filocenenecee eee neesnetertneedessecnene 165 (2p BE he eee ee a em 170 CUD) SEALE TY ~~ eo co cteeeetsccecsnsssteccexstazee: Steps ieee 172
四 “战胜 生态 危机 创造 最 优化 的 生态 环境 .5 174 (—) 什么 是 生态 危机 ? RBA EAE MIG? --oreeesecneresennesenee 174 C=) EIEN risen enna see adhe 50a hd a. Sa cde athe ce 177
第 七 章 ， 生态 系统 学 说 的 研究 与 展望 .ee 180
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第 一 章 ” 生 态 系 统 学 说 的 由 来 和 皮 展
随 着 生产 的 发 展 , 人 类 对 自然 资源 不 断 地 开发 和 利用 ,使 自然 界 的 面貌 相应 地 发 生 了 一 系列 深刻 地 变化 。 这 就 为 生态 学 提出 了 许多 新 的 研究 课题 。
生态 学 属于 生物 学 与 地 学 之 间 的 边缘 科学 。 研 究 范 围 很 广 ; 其 中 以 研究 宏观 世界 综合 规律 为 方向 的 生态 系统 学 说 ,在 近 二 、` 三 十 年 来 获得 迅速 发 展 。
那么 ， 什 么 是 生态 系统 ? 生态 系统 学 说 是 怎样 产生 和 发 展 的 ? 生态 系统 和 人 类 有 什么 关系 ? 为 了 回答 这 些 问 题 ， 还 得 先 从 地 球 上 的 生物 轿 谈 起 。
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我 们 居住 的 地 球 是 一 个 瑰丽 多 彩 的 生物 世界 ， 它 的 外 面 ” 包 覆 着 几 个 厚度 不 同 的 外 层 , 这 些 外 层 又 叫做 圈 , 如 岩石 图 、 土 圈 , 水 圈 和 大 气 圈 等 。 这 些 圈 中 生存 着 大 量 的 生物 ,生态 学 把 有 生物 生活 着 的 各 个 圈 层 合 称 做 生物 圈 。 MIA, WE 上 存在 着 生命 的 部 分 叫做 生物 圈 。
生物 圈 一 词 由 休 斯 (E.Suess) 于 1875 年 首先 提出 并 载 人 科学 文献 中 。- 后 来 ,苏联 学 者 维尔 纳 德 斯 基 〈B. MW. Bepuane- Kui) 对 生物 圈 进 行 了 深入 的 研究 ,并 提出 了 生物 图 的 基本 概 念 。 他 认为 生物 圈 是 进行 着 生命 过 程 的 地 球 表 层 外 壳 。 它 的
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范围 包括 整个 水 圈 、 岩 石 圈 的 上 部 〈 主 要 由 沉积 层 组 成 的 部 分 ) 和 大 气 圈 的 下 部 (主要 为 对 流 层 )。 因 此 ,生物 圈 是 地 球 上 所 有 的 生物 ,包括 人 类 在 内 和 它们 生存 环境 的 总 体 。
生物 在 地 球 上 分 布 很 广 。 有些 真 菌 的 孢子 能 耐 140%C 的 高 温 ， 有 些 则 在 零下 190° 的 低温 中 生活 半年 也 不 丧失 生命 Ho 这 两 个 极端 的 例子 说 明 , 在 地 球 表面 的 任何 地 方 都 可 能 存在 着 生命 。 据 调查 ,高 等 植物 生存 的 高 度 可 达 海 拔 6,200 米 左右 。 在 海拔 7,000 KH AAA MSDE wR AH. 一 些 大 型 的 猛 离 ， 如 殴 也 可 在 海拔 7,000 米 的 高 空中 飞翔 。 估计 这 一 高 度 可 能 是 生物 圈 的 上 限 了 。 有 些 低 等 植物 的 孢子 可 以 在 数 千 分 之 一 毫 巴 的 低 气 压 下 , 即 几 乎 接近 真空 中 生活 ; 大 约 在 海拔 9,000 米 以 上 仅 能 见 到 这 类 顽强 的 细菌 和 真菌 的 孢子 ;这 一 范围 被 称 做 副 生 物 圈 。
绝 大 多 数 的 生物 都 集中 生活 在 地 球 表面 一 百 米 以 内 。 海 洋 生 物 生 存 的 干 限 可 深 到 10 公 里 的 深 洋 底 ， 但 是 绿色 浮游 生 物 多 集中 在 100 米 以 内 的 海洋 表层 。
在 地 下 埋藏 的 石油 层 中 还 生存 着 很 多 微生物 ， 这 类 微 生 物 可 以 经 受 3,000 多 个 大 气压 。 不 过 生物 生活 的 下 限 在 岩石 层 中 不 会 超过 3 公里 ,因为 那里 的 水 温 已 经 达到 100%c 了 (图 1-1),
由 此 可 见 , 做 为 地 球 一 个 绿色 外 套 的 生物 图， 其 形 状 是 不 规整 的 ,厚度 也 是 不 均匀 的 。
据 生物 学 家 的 统计 ， 生 物 圈 中 的 生物 已 被 记名 在 册 的 约 有 250 万 种 ,其 中 ,动物 约 有 200 万 种 ,植物 约 34 态 种 , 微 生 WA 3.7 万 种 。 这 些 生物 中 的 绝 大 多 数 都 生活 在 岩石 圈 、 水 圈 ， 土 壤 圈 和 大 气 圈 相互 接触 交融 的 地 带 ， 大 致 在 地 面 上 下 100 一 200 米 的 范围 之 内 。
形形色色 的 生物 有 一 个 共同 的 特点 ， 就 是 它们 的 生命 活
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图 1-1 4 RR LF RO
动 都 需要 一 定 的 环境 , 即 需要 占 居 一 定 的 空间 ,要 求 有 一 定 的 Kk. He ` 气 及 营养 物质 。 它们 从 环境 中 不 停 地 摄取 能 量 和 状 Sy, 不 断 弛 把 这 些 能 量 和 养分 同化 成 自身 的 一 部 分 , 同时 ,又 把 异化 过 程 中 产生 的 废物 排放 到 环境 中 去 。 因此 , 生物 与 环 境 是 密 不 可 分 的 。 在 生物 圈 中 植物 的 种 类 虽然 不 多 ， 只 占 生 BABY 13-14% , 但是, 植物 的 量 在 有 机 物质 总 量 中 却 沾 务 儿 以 上 。 植 物 把 太阳 能 转化 为 有 机 质 , 并 为 其 它 生物 提 供 食物 ,所 以 ,植物 是 生物 圈 的 核心 ,具有 重要 的 生态 作用 。
二 生态 系统 概 您 的 产生
生态 系统 是 生态 学 的 核心 问题 之 一 。 生态 学 英文 叫 Ee. ology, 是 德国 生物 学 家 海 克 尔 〈E.Haeckd) 于 1866 年 在 《有 机 体 普通 形态 学 》 一 书 中 首先 提出 。 它 是 由 希腊 文字 根 “Oi kos” Fl “logos” 组 成 的 。 “Oikos” 意 思 是 “住所 "或 家”， 也 富 意 着 生物 的 存在 ，“logos"* 意 为 研究 或 讨论 。 海 克 尔 把 生态 学 的 大 意 解释 为 研究 生物 有 机 体 和 无 机 环境 相互 关系 的 科学 ， 真是 名 符 其 实 的 。 和
生物 与 环境 的 关系 主要 通过 能 量 与 物质 的 交换 来 体现 。 因而 ， 也 可 以 说 生态 学 是 研究 生物 与 环境 之 间 的 能 量 与 物质 的 收 支 规律 和 相互 作用 机 理 的 科学 。 这 里 所 谓 的 环境 不 仅 包 括 土壤 和 气候 等 无 机 环境 ， 还 包括 着 其 它 生 物 个 体 组 成 的 生 物 环境 。 从 某 种 意义 上 讲 ,这 是 更 为 重要 的 环境 。
不 难看 出 ,生态 学 既 包 括 生物 科学 的 内 容 , 又 涉及 到 地 学 和 环境 科学 ,还 与 一 些 应 用 科学 有 联系 ,是 一 门 综合 性 科学 。
地 球 上 的 生物 不 可 能 单独 存在 ， 如 同一 个 人 离 不 开 人 类 社会 一 样 , 而 总 是 多 种 生物 通过 各 种 方式 ,彼此 联系 而 共同 生 活 在 一 起 ,组 成 一 个 "生物 的 社会 ,这 种 生物 社会 就 叫做 生物 群落 。 生物 群 洲 是 由 植物 群落 、 动 物 群落 和 微生物 群落 构成 的 。 其 中 植物 群落 不 但 数量 多 ,外 貌 显著 ,而 且 还 是 动物 和 微 生物 赖 以 生存 的 基础 ,因此 是 生物 群落 的 核心 。 是 生态 学 研 究 的 主要 问题 之 一 。
生物 群落 与 环境 之 间 的 联系 是 密 不 可 分 的 ， 它 们 相互 依 存 ， 彼 此 制约 ， 共 同 发 展 ， 形 成 一 个 自然 整体 。 这 种 观点 早 在 十 九 世 纪 末 二 十 世纪 初 就 出 现在 欧美 各 国 的 科学 文献 中 To 不 少 学 者 曾 试图 提出 相应 的 科学 术语 来 表达 这 一 思想 。
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其 中 英国 生态 学 家 坦 斯 利 (A.G Tansley) ,基于 自己 长 期 对 植 。 物 群 落 的 研究 ,并 总 结 了 前 人 的 研究 成 果 , 吸 取 了 邻近 学 科 的 “丰富 营养 ， 于 1935 年 比较 完整 地 提出 生态 系统 ten 这 一 科学 概念 ， 用 来 概括 生物 群落 和 环境 共同 组 成 的 自 然 整体 。 标 志 着 生态 学 的 发 展 进 入 了 一 个 新 的 阶段 。 坦 斯 利 说 : “只 有 在 我 们 从 根本 上 认识 到 有 机 体 ,不 能 与 它们 的 环境 分 开 ,而 与 它们 的 环境 形成 一 个 自然 生态 系统 , 它 们 才 会 引起 我 们 的 重视 ”。 后 来 人 们 为 了 纪念 这 位 科学 家 的 功绩 , 便 把 这 句 话 镶 刻 在 他 的 墓碑 上 。1972 年 在 庆祝 坦 斯 利 诞生 一 百 周 年 时 ， 科学 家 们 一 致 认为 生态 系统 这 一 一 概念 是 精
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Pre ere garrett) meee . 体 。 有 机 体 包 括 多 种 生物 的 个 体 、 种 群 和 群落 ,其 生存 环境 由 水 ; 热 . 光 \ 土 \ 空 气 及 生物 等 因子 构成 。 有 机 体 与 无 机 环境 各 组 成 部 分 之 间 并 不 是 孤立 存在 的 ,不 是 静止 不 动 的 ,更 不 是 偶 然 聚 集 在 一 起 的 。 它 们 息息相关 ,互相 联系 ,相互 制约 , 是 有 规律 的 组 合 , 处 在 不 断 运动 变化 之 中 。 每 个 因子 不 仅 本 身 起 (EH, 而 且 相互 发 生 作 用 ，, 既 受 周围 其 它 因 子 的 影响 , 反 过 来 又 影响 其 它 因子 。 其 中 一 个 因子 发 生 了 变化 , 其 它 因子 也 会 产生 一 系列 的 连锁 反应 。 这 种 错综复杂 的 生物 和 非 生 物 因子 密切 相关 ,通过 能 量 的 流动 和 物质 的 循环 ,在 自然 界 中 构成 一 个 相对 稳定 的 自然 体 。 坦 斯 利 采用 了 欧洲 当时 流行 的 物理 学 概念 一 一 系统 予以 概括 ,把 这 一 自然 体 特 称 之 为 “生态 系统 ”。 因此 ， 生 态 系统 是 一 定 空 间 范 围 内 生物 与 非 生物 通过 能 量 流 动 与 物质 循环 过 程 , 共同 结合 为 一 个 生态 学 单位 。 由 于 它 包 售 着 丰富 的 科学 思想 ,因而 ,一 经 提出 就 获得 很 多 生态 学 家 的 RAL 并 逐渐 予 之 丰富 和 补充 。 有 的 学 者 把 生态 系统 概括 为 一 个 简单 明了 的 公式 : 生态 系统 一 生物 群 交 十 环境 条 件 。
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根据 这 一 概念 ， 任 何 生 物 群 体 与 其 环境 组 成 的 自然 体 都
可 以 叫做 生态 系统 。 一 块 草地 ,一 片 森林 是 生态 系统 ;一 片 沙 漠 、 一 个 水 池 也 是 一 个 生态 系统 ; 一 座 山 脉 是 一 个 生态 系统 ， 由 它 发 源 下 来 的 一 条 河流 又 是 一 个 生态 系统 。 除 了 天 然 的 生 RAR, 还 有 人 工 的 生态 系统 , SKE, SA, RAS 农田 等 等 都 是 人 工 生 态 系统 。 小 的 生态 系统 组 成 大 的 生态 系 统 ,简单 的 生态 系统 构成 复杂 的 生态 系统 。 形 形 色 色 FES 彩 的 生态 系统 合成 为 生物 圈 。 生 物 圈 本 身 就 是 一 个 无 比 巨 大 ”而 又 精密 的 生态 系统 , 是 地 球 上 所 有 的 生物 (包括 人 类 在 内 ) 和 它们 生存 环境 的 总 体 。
三 ”生态 系统 学 说 的 形成 与 发 展
坦 斯 利 提 出 生态 系统 之 后 ， 美 国 耶 鲁 大 学 年 轻 学 者 林 德 =(R. L. Lindeman) 吸 取 了 坦 斯 利 、 埃 尔 顿 人 (A. G. Elton)、\ 克 莱 门 茨 (FE. E. Clements)、 谢 尔 福 德 (V, E. Shelford) 等 早期 生 态 学 家 关于 生态 系统 营养 -动态 方面 的 成 果 , 对 美国 的 针 沼 生 态 系统 的 营养 级 和 能 量 流 进行 次 和 的 研究 。 同 时 受到 中 国 “ 大 鱼 吃 小 鱼 , 小 鱼 吃 虾米 ,虾米 吃 稀 泥 ( 实 际 是 吃 藻 类 ) 和 -一 山 不 能 容 二 虎 等 谚语 的 启示 ( 据 曲 仲 湘 1978)， 于 1942 年 创立 了 生态 系统 中 能 量 在 各 营养 级 间 流 动 的 定量 关系 ， 并 提出 了 1/10 定 律 。 初 步 黄 定 了 生态 系统 的 理论 基础 。 |
几乎 与 林 德 曼 同 时 ， 苏 联 森 林 植 物 群 落 学 家 苏 卡 乔 夫 (B. 互 . CyrkaqeB) 基于 长 期 对 陆地 植物 群落 ， 特 别 是 森林 植 物 群 落 的 研究 , 并 对 道 库 恰 也 夫 (B. B. Jokyqaeg) 和 莫 洛 左 夫 W. ©. Moposos) 的 思想 加 以 发 展 , 于 1944 年 提出 了 生 物 地 理 群 落 的 这 一 科学 概念 。 苏 卡 乔 夫 把 生物 地 理 群 落 概括 为 一 个 简单 明确 的 公式 : AMIE — A URE HE + Adie
Shy “Sa
PE RNCLO He 包括 气候 和 土壤 ;生物 地 理 群落 型 是 自然 界 的 基本 单位 ,生物 圈 是 由 多 种 多 样 生物 地 理 群 落 型 组 成 的 。 “…” 坦 斯 利和 苏 卡 乔 夫 采用 的 科学 术语 虽然 不 同 ， 但 是 生态 系统 和 生物 地 理 群 落 两 个 概念 的 含意 基本 一 致 。 因 此, 早 在 1959 年 于 加 拿 大 召开 的 第 九 届 国际 植物 学 会 议 上 , 许多 国家 的 学 者 把 这 两 个 术语 作为 同 义 语 来 使 用 。 但 是 目前 各 国 使 用 最 广 的 还 是 生态 系统 ,因为 这 一 术语 易于 被 各 种 语言 所 接受 。 进入 五 十 年 代 , 特别 是 六 十 年 代 以 后 ,由 于 世界 性 的 五 大 会 问题 : @ 人 口 激增 , ORG, 四 资源 破坏 , 四 粮食 不 足 ,@@ 环 境 污 染 ， 日 益 引 起 人 们 的 关注 。 生态 系统 学 说 的 发 展 又 进入 了 一 个 新 的 时 期 。 奥 德 姆 (E. P. Odum) 和 惠 特 克 (R. H. Whittaker) 以 及 苏联 的 苏 卡 乔 夫 和 德 利 斯 (HB. Jpr mc) 等 人 的 研究 工作 , 使 生态 系统 学 说 的 理论 体系 进一步 完 善 。 亡 其 是 七 十 年 代 以 来 ;, 数 学、 控制 论 及 电子 计算 机 等 理论 和 方法 广泛 渗透 到 生态 系统 的 研究 中 ， 生 态 学 已 由 一 般 定 性 描述 逐渐 走向 确切 定量 的 预测 预报 阶段 。 为 了 解决 国际 上 日 益 严重 的 人 口 资源 和 环境 等 问题 , 联 合 国教 科 文 组 织 在 1965 年 组 织 了 国际 生物 学 研究 计划 (IB- P)， 其 主要 任务 是 研究 了 解 维持 地 球 生命 的 环境 系统 及 其 基 ”本 过 程 , 阐明 控制 环境 系统 的 机 理 。1970 年 该 组 织 第 十 六 届 全 体会 议 上 ， 根 据 多 数 国 家 建议 ， 又 制定 了 “人 与 生物 圈 ” (MAB) 研 究 计划 ,建立 大 协作 ,开展 全 球 性 生态 系统 的 研究 。 为 了 保证 人 类 社会 和 经 济 的 发 展 ， 需 要 从 根本 上 摸 清 地 球 上 各 种 生态 系统 的 变化 规律 ,掌握 它们 的 发 展 趋 势 ,提出 合 理 开 发 和 保护 生态 系统 的 措施 “人 与 生物 圈 ? 计 划 就 是 为 了 合理 利用 自然 资源 ,保护 人 类 生存 环境 的 实际 需要 而 制订 的 ， 它 的 十 四 个 课题 主要 是 研究 森林 、 草原、 荒漠 、 山 地 ,河流 \ 湖
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VSR SIGN BARPKR. ARH. ABRLESSHEA 系统 ;预测 在 人 类 活动 影响 下 ,这些 生 态 系统 的 变化 和 这 种 变 化 对 人 类 本 身 以 及 未 来 世界 的 影响 。 通过 这 些 研 究 ， 掌 握 其 、 变化 规律 ,从 而 有 效 的 保护 生态 环境 , 永 续 不 断 地 利用 可 更 新 的 自然 资源 。 目前 ， 这 一 计划 已 进入 全 面 实施 的 阶段 ， 参 加 这 个 计划 的 有 98 个 国家 和 联合 国有 关 专 门 机 构 以 及 一 些 学 术 团 体 。 1972 年 , 在 教科 文 组 织 第 十 七 届 大 会 上 , 我国 参加 了 -大 与 生 ” 物 圈 "计划 的 国际 协调 理事 会 ,并 当选 为 理事 国 。 1975 年 又 由 四 个 国际 组 织 成 立 了 “生态 系统 保持 协作 组 ”(E.C.G)， 进 一 步 加 强生 态 系统 的 研究 , 其 主要 任务 是 研 究 生态 平衡 和 保护 环境 以 及 维护 和 改善 生态 系统 的 生产 力 s 近年 来 ,以 探索 宏观 世界 综合 规律 为 方向 的 生态 系统 的 研究 ， 正 与 研究 微观 世界 的 分 子 生 物 学 齐头并进 ,飞跃 发 展 , 由 此 则 可 获得 更 深刻 的 生命 观 、 生 物 观 、 自 然 观 , 决定 着 整个 生物 学
生态 系统 是 自然 界 的 基本 功能 单元 ,只 要 有 太阳 辐射 \ 足 够 的 水 、 二 氧化 碳 和 无 机 盐 就 能 运转 ， 把 无 机 物 制造 成 有 机 物 ,保证 生物 的 生长 和 繁衍 。 因 此 ,生态 系统 很 像 一 部 机 器 ， 接 通电 源 ( 太 阳 能 ) ,输入 原料 (水 和 二 氧化 碳 ) ,就 能 生产 出 一 定 成 品 (生物 产品 )。 那 么 生态 系统 这 部 “机 器 "是 由 哪些 “部 “ 件 ”( 成 分 ) 组 成 的 呢 ? 这 些 成 分 各 有 什么 功能 ?它们 之 间 如 何 联系 和 协同 "动作 ”? 又 是 怎样 来 完成 它 的 生产 过 程 的 呢 ?
— 生态 系统 的 成 分 与 结构
要 想 认 识 生态 系统 ,首先 要 剖析 一 下 它 的 结构 。 生态 系 统 的 结构 有 两 个 方面 : 一 是 组 成 成 分 ,二 是 配置 状态 。
(—) 生态 系统 的 成 分
生态 系统 组 成 成 分 是 指 系统 内 部 所 含有 若干 相互 联系 的 各 种 成 分 ,又 称 要 素 。 地 球 上 一 切 物 质 都 可 能 是 生态 系统 的 组 成 成 分 : 按 着 这 些 成 分 结合 的 特点 及 其 功能 ,可 以 把 生态 系统 分 为 两 大 部 分 : 即 非 生物 部 分 (无 生命 成 分 ) 一 一 无 机 环 境 , 生 物 部 分 (有 生命 成 分 ) 一 一 生物 群落 。
第 一 部 分 : 无 生命 物质 , 即 无 机 环境 。 包括 基质 一 一 土 壤 、 岩 石 \ 砂 砾 和 水 等 ,构成 植物 生长 和 动物 活动 的 空间 ;物质 代谢 材料 一 一 太阳 能 、 水 、 二 氧化 碳 、 氧 、 氮 和 无 机 盐 ; 生 物体
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代谢 的 媒介 一 一 水 \ 空 气 和 土壤 。 还 有 许多 物理 和 化 学 因素 ， 它们 即 是 生物 生存 的 环境 ,也 是 生物 代谢 的 材料 。
第 二 部 分 : 有 生命 的 物质 , 即 生 物 群 洲 。 尽管 生物 种 类 多 种 多 样 ， 但 是 根据 它们 取得 营养 和 能 量 的 方式 以 及 在 能 量 流通 和 物质 循环 中 所 发 挥 的 作用 ,可 以 分 为 三 大 类 群 。 一 类 是 自 养 型 进行 光合 作用 的 绿色 植物 和 化 能 合成 细菌 ， 叫 做 生 产 者 ; 第 二 类 是 异 养 的 草食 动物 和 肉食 动物 , 叫做 消费 者 ; 第 三 类 是 异 养 的 微生物 、 某 些 原 生动 物 和 一 些小 型 土壤 动物 , 它 们 专门 分 解 植 物 和 动物 的 万 体 , 叫 分 解 者 和 转化 者 ( 表 2-1)e
表 2-1 生态 系统 的 组 成 成 分
一 太阳 辐射 (能 源 )
一 二 氧化 碳 、 氧 ,水 、 无 机 盐 类 (生物 代谢 材料 )》 一 水 大气、 土壤 (媒质 ) 一 岩石 . 砂 \ 泥 土 (基质 )
一 植物 群落 和 化 能 合成 细菌 (生产 者 ) [sienna cm) “生物 部 分 一 异 养 微生物 群落 及 某 些 原生 动物 和 土壤 (LOBE) 。 小 型 动物 群落 (分 解 者 和 转化 者 )
一 非 生物 部 分 (无 机 环境 )
生态 系统 一
生产 者 包括 所 有 的 绿色 植物 和 化 能 合成 细菌 ， 是 生态 系 统 中 最 积极 的 因素 。 它 们 都 属于 自 养 型 生物 。 植 物 群落 就 是 自 养 生物 的 组 合 。 绿 色 植 物 具有 叶绿素, 利用 日 光 能 ,通过 光 合作 用 把 吸收 来 的 水 、 二 氧化 碳 和 无 机 盐 类 制造 成 初级 产品 一 一 碳水 化 合 物 。 把 太阳 能 以 化 学 能 的 形式 固定 在 碳水 化 合 物 中 ,碳水 化 合 物 可 进一步 合成 脂肪 和 蛋白质, 植物 用 来 建造 AS. 这 些 有 机 物 便 成 为 地 球 上 ，, 包括 人 类 在 内 的 一 切 生物 的 食物 来 源 。
除 绿色 植物 外 ,化 能 合成 细菌 也 能 把 无 机 物 合成 有 机 物 。 Rit, 它们 在 合成 有 机 物 时 , 不 是 利用 太阳 能 , 而 是 利用 茶 些
。 10 。
Wn TE CAE Ct Eh ERE Bo BAU Be BE 5-2. (NFS)
”氧化 为 亚 硝酸 和 硝酸 ， 利 用 这 一 Sas iis 2! ganibileshagml
二 氧化 碳 和 水 合成 有 机 物 。
消费 者 是 生活 在 生态 系统 中 的 各 类 动物 和 某 些 腐生 或 寄 生 菌 类 ,它们 都 是 异 养 型 生物 ,也 就 是 说 它们 只 能 依赖 生产 者 生产 的 有 机 物 为 营养 来 维持 自己 的 生命 活动 。 其 中 有 的 以 吃 植物 的 叶 、 枝 、 果 实 、 种 子 和 其 凋落 物 为 生 的 草食 性 动物 。 如 星 虫 野兔 .梅花鹿 、 牛 ` 马 `. 羊 等 。 在 水 域 中 的 如 螺 师 、 是 等 。 还 有 的 以 草食 动物 为 食 的 肉食 性 动物 ,属于 二 级 消费 者 ,如 狐 - 狸 , 黄 鼠 狼 和 青蛙 等 。 肉 食 动物 之 间 又 是 “弱肉强食 ”, 还 可 以 划分 出 三 级 消费 者 和 四 级 消费 者 ， 这 些 消 费 者 往往 是 群落 中 最 凶猛 的 ,如 虎 、 豹 、 褒 及 溜 鱼 等 。 但 是 归根 到 底 , 它 们 都 是 直 接 或 间接 依赖 于 植物 而 生存 。 对 生产 者 一 一 绿色 植物 而 言 ， 它们 都 是 消费 者 。 ae
当然 ,肉食 动物 不 可 能 把 草食 动物 吃 光 。 植物 和 动物 死 后 都 成 为 细菌 和 真菌 等 异 养 微 生物 和 一 些 士 壤 动物 的 食物 。 SHRED UK BABA HLA aw 是 生态 系统 中 第 三 类 群 , 也 是 生态 系统 中 重要 类 群 之 一 。 其 数量 之 多 十 分 惊人 ! “有 人 估算 在 生长 紫花 划 矿 的 黑 钙 土 中 ， 每 公顷 的 细菌 重量 高 达 8,000 公斤 。 在 一 般 农 田 土壤 中 ;每 公顷 平均 也 有 500 公斤 以 上 。 在 一 厘米 的 长 度 内 ,细菌 平均 约 有 10 亿 个 。 那么 一 公顷 农田 生态 系统 细菌 的 总 个 数 将 是 一 个 天 文 数字 了 。
细菌 和 真菌 靠 吸收 动 植 物 残 体内 的 可 溶性 有 机 物 来 生 So 细菌 的 细胞 和 真菌 的 菌 丝 分 这 出 消化 酶 , 把 有 机 物 变 成 可 深 状 态 ,然后 加 以 吸收 。 细 菌 和 真菌 通过 这 种 消化 过 程 ;把 有 机 物 分 解 为 无 机 物 。 在 这 一 过 程 中 , 微生物 利用 没有 被 消 费 者 获取 的 有 机 物 的 能 量 ， 并 把 无 机 养分 从 有 机 物 中 释放 出
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来 ,返回 到 环境 中 去 。 :
土壤 中 小 型 无 养 椎 动物 ,如 线虫 .节肢 动物 和 是 电 等 的 数 量 也 多 得 惊人 。 据 调查 ,温带 阔 叶 林 的 枯 校 落叶 层 中 ,每 平方 米 含 有 10 一 20 万 个 。 这 些 动物 和 微生物 联合 活动 ,加 速 有 机 物 的 分 解 和 转化 。 土壤 动物 对 植物 残 体 进行 粉碎 ， 增 大 微 生 物 的 作用 面 , 同时 也 可 在 体内 进行 分 解 , 转化 成 无 机 盐 类 ， 排 到 体外 ,再 供 植物 吸收 。 最 近 的 研究 成 果 说 明 , 土 壤 动物 在 有 机 物 的 分 解 转化 过 程 中 所 起 的 作用 远 比 想像 的 更 为 重要 。
整个 生物 圈 就 是 依靠 这 支 庞大 的 分 解 者 和 转化 者 “大 军 ,把 大 量 的 动 植物 尸体 清除 掉 。 不 然 无 数 的 尸体 就 会 在 地 球 上 堆 满 ,那么 一 切 生 命 活 动 也 就 停止 了 。
上 述 无 生命 成 分 .生产 者 、 消 费 者 和 分 解 者 (转化 者 ) 四 个
营养 单元 ， 在 能 量 获 得 和 物质 循环 中 各 以 独特 的 作用 互相 影 “
Ml, HOKE, 通过 复杂 的 营养 关系 紧密 结合 为 二 个 整体 , 成 为 自然 界 的 基本 功能 单元 。
BA, 人 类 在 生态 系统 中 的 位 置 如 何 呢 ? 就 自然 属性 来 看 ,人 是 杂食 性 的 ( 兼 食性 ) 动 物 ,当然 也 是 生态 系统 中 的 消费 者 。 兼 属 初级 \ 次 级 或 更 高 级 的 消费 者 ( 顶 极 消费 者 ) ,可 以 消 费 植物 性 及 动物 性 产品 。 现代 人 类 的 食物 来 源 88 狗 为 植物 性 产品 ; 其 中 小 麦 和 水 稻 占 20% DLE, 其 次 为 玉米 ` 苗 类 、 杂 粮 、 蔬 菜 和 水 果 等 ,相当 于 草食 动物 的 地 位 ,属于 二 级 消费 者 。 人 还 以 肉 、 奶 、 蛋 为 食物 ,同时 又 相当 于 第 三 级 以 上 的 消费 者 s 但 是 , 人 是 万 物 之 灵 ，, 就 社会 属性 而 言 , 又 与 动物 有 着 未 质 的 区 别 。 人 是 生态 系统 中 一 个 重要 而 强 有 力 的 因素 。 做 为 有 意 识 的 和 有 目的 的 自然 改造 者 ， 人 类 以 无 与 伦比 的 效率 干预 自 然 过 程 ,并 建造 起 理想 的 新 环境 。 但 是 ,由 于 目前 生态 知识 有 限 , 人 类 在 向 生态 系统 进行 索取 时 ,也 可 能 错误 地 运用 自己 的 才能 ,因而 给 自己 带 来 不 可 挽回 的 危害 。 因 此 , 当 我 们 对 生态
本
AR HME—BAB MM WY RAS (二 ) 生态 系统 的 空间 结构
陆地 上 的 各 类 生态 系统 具有 鲜明 的 空间 结构 。 陆 地 地 形 复杂 ， 各 地 水 热 条 件 差别 较 大 ， 甚 至 在 一 个 较 小 的 空间 范围 内 ,生态 条 件 也 会 有 很 大 差别 , AM, 造成 生物 群落 在 空间 上 有 明显 的 垂直 分 化 和 水 平分 化 , 具有 三 维 空间 结构 。 显然 有 其 长 度 、 宽 度 和 高 度 \ 深 度 )。
1. 垂直 结构
根据 绿色 植物 的 喜光 程度 ,可 分 为 阳性 植物 和 阴性 植物 。 阳性 植物 喜爱 阳光 ，, 常常 占 拓 群落 的 上 层 空 间 。 阴性 植物 耐 阴 力 强 , 在 阳光 微弱 的 群落 下 部 也 能 正常 生长 和 繁殖 。 AA 生态 特性 的 植物 ,生活 在 不 同 的 高 度 , 占 居 着 不 同 的 空间 ， 形 成 生态 系统 的 地 上 垂直 结构 。
在 一 片 森林 里 ,各 种 高 大 乔木 构成 林 冠 上 层 , 它 们 上 部 的 叶片 受到 全 量 的 光照 ， 而 林 冠 下 部 的 各 种 汐 木 只 能 利用 从 林 冠 透 射 下 来 的 残余 光照 。 通 过 沾 木 层 再 次 减弱 的 太阳 光 , 被 草 本 层 利用 的 只 相当 于 人 射 光 的 1 一 5 多 。 透 过 草本 层 到 达 地 被 层 的 太阳 光 ，, 一 般 只 占 人 射 光 的 1% 左右 。 森林 下 部 的 耐 阴 植物 依靠 这 很 少 的 光 能 来 维持 着 自身 的 生长 和 繁殖 。 显 然 , 森 林地 上 部 相应 地 会 出 现成 层 结构 ,每 层 可 能 由 几 个 植物 种 构成 。 动物 具有 空间 活动 能 力 ， 但 是 它们 的 生活 直接 或 间接 依 赖 于 植物 ， 它 们 在 生态 系 中 寻 食 和 作 和 党 受 植物 群落 垂直 成 层 性 制约 。 在 绕 计 乌 类 停留 的 总 次 数 时 ,看 到 不 论 森 林 或 草原 ， 各 种 乌 类 的 活动 范围 往往 是 各 有 一 定 高 度 。 这 反应 了 动物 对
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某 些 植物 群落 层次 的 依附 性 。 不 同 的 鸟 类 以 其 食性 的 不 同 冯 而 分 别 在 林 冠 、 树 干 . 林 下 灌木 和 草本 层 中 疯 食 和 作 舍 。 有 一 定 垂直 的 成 层 性 结构 。 例如 ,一片 驳 洲 栎 树 森 林 草 原 ， 鸟 类 15% FMF. 2% EBM, 31% cat 29% TEM TEA HH
HAS GENO HEF BOS) A EBS} — 样 ， 是 研究 系统 结构 的 重要 部 分 ,伸展 到 土壤 中 不 同 深 度 的 根系 ,构成 地 干 的 成 层
现象 (图 2-1)e
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物质 回收 站 ,又 是 养料 “供应 库 ”。
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图 2-1 生态 系统 的 垂直 结构
许多 节肢 动 电 .穴居 动 物 和 大 量 的 微生物 ,分 别 生活 在 粘 枝 落叶 层 和 不 同 深度 的 土 层 中 。 例如 , 在 我 国 温带 落叶 冰 叶 林 的 土壤 凋落 物 层 中 , DUA, 线虫 为 主 , 占 土壤 动物 总 量 的
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56%, E¥DRRPUDKEASARBAAE, 数量 明显 减 - 少 为 35 匈 , 此 两 层 土壤 动物 占 81%. AT. 在 腐殖质 层 中 土 壤 动物 减少 为 15 多 ,以 弹 尾 目 为 主 。 再 下 , 与 淋 洗 层 间 的 过 渡 层 里 土壤 动物 已 减少 到 2.6% GEKRAS 1980 +),
”肉食 动物 尽管 具有 很 大 的 活动 性 ， 但 它们 在 生态 系统 中 的 分 布 也 要 受到 这 种 成 层 结构 的 影响 。
2. 水 平 结构
生态 系统 有 一 定 的 二 维 水 平 结构 ， 主 要 表现 在 种 群 的 水 平 配 置 格局 , 即 分 布 状况 和 多 度 。 二 维 空间 结构 可 分 为 三 种 格局 。
(1) BADR 生物 种 群 的 分 布 是 均匀 的 ， 在 二 维 空 间 上 各 占有 一 定 的 面积 ,例如 在 沙 度 中 ,由 于 对 土壤 水 分 的 需 求 , 植 物 各 自 占 有 一 定 的 吸收 面积 ,可 能 形成 近似 于 均匀 分 布 的 状态 。 又 如 鸣 禽 类 把 一 个 群落 划分 成 许多 范围 , SRS 保护 一 个 区 域 ， 肉 鸟 在 那里 作 窝 哺 稚 ， 各 个 鸟巢 可 能 均匀 分 布 。 这 种 格局 在 自然 生态 系统 中 比较 少见 。
(2) 国 决 分 布 “种群 在 空间 上 间断 地 成 群 分 布 ， 因 而 形成 为 簇生 团 块 状 。 如 干草 原 或 海滨 带 的 碱 莲 , 随 着 土壤 碱 BE im AIR Fi 0
3) 随机 分 布 ”，” 种 群 在 空间 分 布 上 彼此 独立 ， 生 物 个 体 间 有 一 定 的 距离 , 但 分 布 不 规则 。 生态 系统 的 多 数 生物 种 都 呈 随 机 分 布 。
二 ”生态 系统 的 功能
生态 系统 的 功能 主要 表现 在 生物 生产 ,能 量 流 动 ,物质 循 环 和 信息 传递 等 方面 。 它 们 是 通过 生态 系统 的 核心 一 有 生
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命 部 分 , 即 生物 群落 来 实现 的 。 (=). 42 Breer
生物 生产 是 生态 系统 的 基本 功能 之 一 。 生 物 生产 就 是 把 太阳 能 转变 为 化 学 能 ， 再 经 过 动物 的 生命 活动 转化 为 动物 能 的 过 程 。 显然 , 生物 生产 经 历 了 两 个 过 程 : 植物 性 生产 和 动 物性 生产 。 植物 性 生产 是 植物 通过 光合 作用 ,源源 不 断 地 生 产 出 植物 性 产品 的 过 程 , 叫做 第 一 性 生产 或 初级 生产 。 动物 把 采 食 的 植物 同化 为 自身 的 生活 物质 ， 使 动物 体 不 断 增 长 和 繁殖 ,叫做 动物 性 生产 。 由 于 是 以 植物 产品 为 原料 ,以 第 一 性 生产 为 基础 ,所 以 也 叫 第 二 性 生产 或 次 级 生产 。
第 一 性 生产 和 第 二 性 生产 彼此 联系 ， 进 行 着 能 量 和 物质 交换 , AN, 两 者 又 各 自 独立 进行 。 有 人 说 ,生态 系统 好 比 两 个 工厂 ,一 个 是 绿色 工厂 ,一 个 是 动物 产品 工矿。 研究 生态 系 统 是 为 了 管 好 这 两 个 工厂， 提高 这 两 个 工厂 产品 的 数量 和 质量 。
1. 生态 系统 的 第 一 性 生产 过 程
第 一 性 生产 的 能 源 是 太阳 。 太 阳 是 一 个 炽热 而 巨大 的 星 球 , 它 源 源 不 断 地 把 太阳 光 能 和 热能 向 周围 空间 辐射 。 这 种 能 量 的 传送 过 程 , 叫做 太阳 辐射 。 它 是 地 球 上 一 切 生 命 获得 能 量 的 源泉 。
据 气 象 学 研究 ,大 气 圈 顶部 边界 垂直 于 太阳 光 的 平面 上 ， 每 分 钟 每 平方 厘米 可 获得 太阳 能 1.94 卡 , 这 称 为 太阳 常数 。 但 是 当 太 阳光 穿 过 大 气 层 时 ,受到 大 气 中 各 种 分 子 \, 水 汽 和 侍 埃 的 影响 , 一 部 分 被 反射 到 宇宙 空间 , 一 部 分 被 大 气 吸收 ,一 部 分 被 散射 ， 到 达 地 面 的 太阳 辐射 能 不 论 在 数量 上 和 质量 圭
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2A ARE SS EAL “把 太阳 常数 做 为 100， 当 它 穿 越 大 气 层 时 受到 大 气 及 云 层 的 反射 和 散射 , 约 有 38% 返回 到 宇宙 空间 ,有 14% 被 大 气 及 其 中 的 水 汽 所 吸收 ， 到 达 地 面 照 射 到 植物 群落 叶 层 上 的 太 阳 辐 射 , 只 有 48% 左右 (图 2-2)。 上 晴天 一 般 地 面 每 平方 厘米 每 分 钟 获得 1.0 卡 的 能 量 , 大 体 上 等 于 太阳 常数 的 一 半 。
' 大 气 层 上 界 太 阳 . Maine a
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了 地 if 图 2-2 到达 地 面 的 太阳 辐射 能
照射 到 植物 群落 叶 层 上 的 太阳 能 ， 并 不 能 全 部 被 叶片 吸 Ko 其 中 一 部 分 因 反射 而 散失 到 空中 ， 另 一 部 分 透 过 时 层 。 被 时 请 吸 收 的 能 量 大 部 分 转变 为 热能 , 随 着 蒸腾 过 程 ,水 分 汽
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化 时 被 消耗 掉 。 还 有 一 小 部 分 热能 用 于 增高 叶片 温度 守重 新 . 散失 到 大 气 中 去 。 只 有 太阳 可 见 光 中 的 红 黄 光 和 蓝 紫 光 被 植 物 吸收 , 用 于 光合 作用 。 :而 红 芮 光 和 赣 紫 光 在 太阳 光谱 中 仅 占 很 少 一 部 分 。
植物 光合 作用 积累 的 有 机 物质 中 含 的 能 量 占 照 射 到 单位 ， 面积 上 的 日 光 能 总 量 的 比率 ,叫做 光 能 利用 率 。
稍 用 光 和 全 利用 率 来 说 明 植 物 对 沙 在 地 面 上 太阳 能 量 的 利 用 情况。
如 果 把 落 到 植物 群落 叶 层 上 的 光 能 作为 100 允 ,被 时 面 Ra BIZ IAS ANIC HE 10-15%, 5% 透 过 叶片， 被 时 片 吸收 的 占 80 一 855%， 其 中 绝 大 部 分 用 于 蒸腾 作用 。 仅 有 05—3.5% 的 太阳 能 用 于 光合 作用 的 全 过 程 , 这 仅仅 是 一 个 理论 上 的 数据 ; 买 际 上 难于 达到 。 可 见 , 参 与 光合 作用 的 太阳 E 是 极为 有 限 的 (图 2-3)。
太阳 光 能 100%
BH 10-15%
图 2-3 太阳 辐射 在 植物 群落 中 的 分 配
正 是 这 有 限 的 太阳 能 ,在 生物 圈 中 以 化 学 能 的 形式 短暂 ”的 保留 ,就 成 为 各 种 生物 生存 和 活动 的 基本 条 件 , 因 而 鲸鱼 才 能 在 大 海中 邀 游 , 苍 座 能 在 天 空中 飞翔 , 黄 羊 在 草原 上 奔跑 ， 梅花 鹿 在 森林 中 游荡 。 正 是 这 有 限 的 太阳 能 ， 被 生态 系统 的 生产 者 固定 在 可 食用 的 植物 产品 中 ,人 类 才能 生存 。 因 此 , 生 态 系统 的 第 一 性 生产 是 一 切 生 物 赖 以 生存 的 最 基本 的 生产 。 如 果 地 球 上 没有 生态 系统 的 第 一 性 生产 ， 一 切 生 物 将 因 没有 食物 而 从 地 球 上 消逝 。
第 一 性 生产 从 太阳 能 一 化 学 能 ， 从 无 机 物 一 有 机 物 的 转 化 过 程 即 光合 作用 过 程 。 可 以 概括 表示 为 : 674 千 卡 (太阳 光 ) - ”6CO + 12H,0 — C,;H,,0, + 60, * + 6H;0 二 氧化 碳 水 叶绿素 ”碳水 化 合 物 A 水
植物 每 生成 一 个 克 分 子 的 碳水 化 合 物 , 就 吸收 674 千 卡 的 太阳 能 。 也 就 是 在 每 一 个 克 分 子 的 有 机 物质 中 , 以 化 学 能 的 形式 固定 了 674 千 卡 的 太阳 能 。 植 物 光 合作 用 积累 的 能 量 就 是 进入 生态 系统 的 基本 能 量 ， 第 一 性 生产 过 程 也 就 是 这 种 能 量 的 积累 过 程 。
第 一 性 生产 的 产量 与 时 间 有 关 。 不 同 生态 系统 在 相同 时 间 内 生产 的 有 机 物质 有 多 有 少 , 因 此 ,可 以 用 第 一 性 生产 速率 来 衡量 生态 系统 生产 能 力 的 高 低 。 第 一 性 生产 速率 也 叫 第 一 性 生产 力 。 通 常 以 单位 时 间 和 单位 面积 内 积累 的 能 量 或 生产 ”的 干 物质 来 表示 , 具体 单位 是 卡 /厘米 2/ 年 或 于 卡 / 米 2/ 年 或 吨 /公顷 /年 。
第 一 性 生产 量 一 部 分 被 植物 自身 用 于 呼吸 而 消耗 ， 另 一 部 分 贮藏 于 植物 体内 用 以 增加 本 身 的 成 分 。 因此 ， 第 一 性 生 产量 可 分 为 总 第 一 性 生产 量 和 净 第 一 性 生产 量 。 净 第 一 性 生 产量 是 从 总 第 一 性 生产 量 中 减 掉 植 物 自身 消耗 掉 的 有 机 物
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质 。 以 Pg 代表 总 第 一 性 生产 的 能 量 ， 以 Pn 代表 净 第 一 性 生产 的 能 量 ，R 代表 植物 呼吸 而 消耗 的 能 量 ,， 三 者 关系 可 用 FREE:
Pg=Pn+R 显然 ,呼吸 消耗 的 能 量 (R) 若 等 于 总 第 一 性 生产 量 〈(Pg), 则 收入 与 消耗 平衡 ,生态 系统 内 无 能 量 贮存 。 如 果 总 第 一 性 生 产量 多 于 呼吸 消耗 量 ,系统 的 能 量 贮存 增加 。
一 定时 间 内 ， 地 表单 位 面积 存在 的 有 机 物质 总 量 叫 生物 量 ,包括 这 一 面积 上 的 全 部 植物 ,动物 和 微生物 的 现 有 有 机 物 量 。 因此 , 生物 量 也 叫 现 存量 。 通 常 以 单位 面积 上 的 干 物质 重量 表示 , 即 克 / 米 ?或 吨 /公顷 。 由 于 动物 和 微生物 的 生物 量 很 少 ( 陆 生动 物 的 生物 量 通 常 仅 为 植物 量 的 1 多 )， 因 此 生物 量 主要 由 植物 量 构成 。
不 同类 型 生态 系统 的 生物 量 当然 是 不 同 的 ， 热 带 荒 漠 生 物 量 最 小 ， 约 在 2.5 吨 / 公 顷 以 下 , 温带 荒漠 为 2.5 一 5 吨 / 公 项 , 亚 寒带 针 叶 林 在 300 一 400 吨 /公顷 ,温带 阔 叶 林 为 400 一 500 吨 / 公 顷 , 热带 雨林 的 生物 量 最 大 ， 在 500 吨 / 公顷 以 上 。 例 如 巴西 热带 雨林 的 生物 量 高达 1,500—1,700 吨 / 公 项 。 详 见 表 2-2。
表 2-2 地球 各 种 生态 系统 的 生物 量 及 净 生 产量
生态 系统 中 生物 量 的 积累 决定 于 净 第 一 性 生产 量 的 大 Mo 但 是 净 第 一 性 生产 量 并 不 完全 等 于 生物 量 的 积累 ， 因 为 植物 的 叶片 和 嫩 枝 可 能 被 昆虫 和 其 它 草食 动物 吃 掉 一 部 分 ， 还 有 星 虫 吃食 木材 ,穴居 动物 哨 食 根系 ,土壤 动物 吃食 枯 术 落 叶 等 。 另外 腐生 生物 也 要 耗 去 一 部 分 净 生 产量 , 余下 的 才能 做 为 生物 量 积累 下 来 。 因 此 : 生物 量 的 积累 一 总 生产 量 一 植物 呼吸 一 腐生 生物 呼吸 一 动物 呼吸 ( 克 / 米 ” 年 )
不 同 生态 系统 的 净 第 一 性 生产 量 相 差 很 大 , 如 表 2-3 所 不 o
表 2-3 各 生态 系统 的 净 第 一 性 生产 量
典型 范围 ( 克 / 米 "/ 年 )
1,000—5,000 600—4,000 150—1,500 0 一 10 100—4,000 500—4,000 200—600 1—400
平均 ( 克 / 米 /年 ) 2,000 1,300 500 3 650 2,000 350 125
影响 生态 系统 第 一 性 生产 量 的 因素 很 多 ,如 温度 、 生 长 期 的 长 短 、 水 分 供应 状况 、 可 吸收 养分 多 少 和 动物 采 食 摄取 等 Fo
jee EASA SEH TRS EBA KD EAR, 2) TE O— 10 克 / 米 /年 ;温带 草原 生态 系统 每 年 有 100—200 天 的 生长 期 ， 水 分 状况 较 藻 并 大 有 改善 ， 净 第 一 性 生产 量 为 150—1,500 克 / 米 /年 ; 温带 森林 生态 系统 因为 生长 期 中 有 比 较 充 足 的 水 分 , 净 第 一 性 生产 量 提 高 到 600 一 4,000 克 / 米 2/ 年 ;
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而 热带 雨林 生态 系统， 植物 全 年 可 以 生长 ,并 有 充沛 的 水 分 、 慌 量 和 养分 供应 , 它 是 地 球 净 第 一 性 生产 量 最 高 的 竺 太 系统， 为 1000 一 5,000 克 / 米 /年 。 两 极地 区 的 冻 原 生态 系统 生长 期 - 仅 30 一 60 天 , 温度 又 低 , 其 净 第 一 性 生产 量 只 有 20 王 30 过/ 类 年 左右 ; 农田 生态 系统 的 净 第 一 性 生产 量变 花 于 00 一 4000 克 / 米 /年 之 间 , 影响 它 的 因素 更 多 陈 自然 因素 ,而 交 照 , 温 度 \ 水 分 \ 大 气 和 土壤 等 以 外 , 还 有 大 为 因素 ,大 耕作 技 术 、 施 肥 和 育种 等 等 。 oe
PEG SL, AEH SMURF AOR BARE RB 2Y FE 5 x 100 于 卡 左右 。 而 地 球 上 绿色 植物 每 年 通过 光合 作用 可 形成 17 X 10" 吨 于 物质 ， 相 当 于 固定 7.2 x 10” 千 卡 的 能 量 , 其 中 陆地 生态 系统 的 生产 量 占 2/3， 即 1.24 X 10 吨 干 物质 ， 折合 成 4.8 X 10" 干 卡 的 热量 ;水 生生 态 系统 占 1/3 , 即 0.56x 10 号 王 物质 ,折合 成 2.4 X 10" 寺 卡 的 热量 。 绿 色 秆 物 对 光 能 的 利用 率 平均 为 0.14 多 。 目 前 即使 运用 现代 化 的 农业 耕作 芭 术 ,农田 生态 系统 的 光 能 利用 率 也 只 有 13% EAS HERB 怎 依靠 这 样 低 的 光 能 利用 率 生产 出 有 限 的 有 机 物 来 比特 年 易 和 人 类 的 生存 。
净 第 一 性 生产 量 是 生态 系统 生物 生产 的 主要 环节 ， 是 增 加 第 二 性 生产 的 基础 。
在 林业 上 ,要 想 增加 木材 产量 ,就 必须 提高 森 宁 生 志 系 终 的 净 第 一 性 生产 量 。 在 牧 业 上 , 想 获得 更 多 的 肉 类 及 其它 这 7 品 ， 首先 要 提高 草原 生态 系统 的 净 第 一 伺 生产 量 。 人 类 食
号 世 浊 高 产 第 一 性 生产 量 是 我 们 研究 生态 条 统 酌 根 未 征 田 完成 这 一 任务 ， 除 落 育 光合 作用 强 、 呼 吸 率 低 的 植物 品 和 外 ， 还 要 改善 生态 系统 的 结构 ， 增加 层次 ,加 大 叶 面 积 指数 ,并 况 分 供给 植物 水 分 ` 二 氧化 碳 和 矿物 养分 ,以 提高 光 咨 作用 京 ，
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2. 生态 系统 的 第 二 性 生产 过 程
第 二 性 生产 指 生态 系 统 第 一 性 生产 者 以 外 的 有 机 体 的 生 产 , 即 消费 者 和 分 解 者 利用 第 一 性 生产 的 产品 ,经 过 同化 作用 合成 自身 的 物质 ， 并 用 以 生长 繁殖 和 进行 其 它 生命 活动 的 过 fo 例如 , 牧 划 被 牛 、. 羊 采 食 后 , 牛 症 体重 增加 ,繁殖 后 代 等 过 程 就 是 第 二 性 生产 。 可 见 第 一 性 生产 是 有 机 物 的 制造 ， 第 二 性 生产 是 这 些 有 机 物 被 利用 和 再 生产 。 从 理论 上 讲 ， 绿 色 植 物 的 净 第 一 性 生产 量 是 对 于 该 生态 系统 一 一 草食 动物 的 可 利 用 的 能 量 。 但 是 ,实际 上 草食 动物 只 能 利用 其 中 的 一 部 分 。 造 成 这 一 情况 的 原因 很 多 。 首先 , 由 于 消费 者 的 数量 不 足 或 密 度 不 大 ， 致 使 大 多 数 第 一 性 生产 量 未 能 被 采 食 MD)， 例 如 ， 一 片 阔 叶 林 被 昆虫 和 其 它 动 物 利 用 的 净 第 一 性 生产 量 只 占 全 部 的 1.5 一 2.5 多 。 被 消费 者 消耗 的 植物 性 物质 CMR) 中 , 有 一 部 分 是 它们 不 能 利用 的 物质 (Nu), MAX OWS A 质地 坚硬 而 不 被 动物 采 食 。 在 草食 动物 号 的 植物 物质 〈C) 中 只 有 一 部 分 被 吸收 消化 〈D)。 相 当 一 部 分 以 姜 便 CF) RHE TA), 例如 硅 莹 的 硅 质 壁 ， 陆 生 植 物 的 纤维 素 等 ,虽然 都 是 有 机 物质 ;但 大 多 数 动物 不 能 消化 和 利用 。 据 国外 资料 WER 只 消 化 它 号 下 食物 的 3.0 多 左右， 其余 成 为 羡 便 。 因而 第 二 竹 生 产 者 仅仅 利用 第 一 性 生产 产品 中 的 一 少 部 分 。
在 消费 者 的 消化 量 中 ， 一 部 分 氮 代 谢 物 主要 作为 尿 、 汗 CV) 而 排出 体外 ,余下 部 分 是 同化 量 CA). 同化 量 中 一 部 分 由 于 呼吸 作用 CR) 转变 成 热能 而 蕨 失 。 其 余部 分 才 用 于 消 费 者 建造 身体 和 繁殖 后 代 , 这 是 第 二 性 生产 量 的 增长 , 即 纯 同 NE (Pg) 。 其 中 ,还 有 很 少 一 部 分 成 为 皮肤 、 毛 、 特 角 、 蹄 甲 等 脱落 物 (LE) 脱落 于 体外 。 最 后 动物 体 增加 的 净值 叫做 净 第 二 性 生产 量 (Pr)。 同 化 量 相当 于 总 第 二 性 生产 量 。 这 一 过 程
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可 用 一 分 为 二 的 图 式 来 表示 :
未 触动 的 植物 量
SBE AE = (M) 未 利用 量 (Pn) 。 [被 消耗 的 德 物 量 | (Nu) / 美 便 量 (MR) KBB) (F) (RF 9 ky CV) zx ) 【同化 量 ) (CRy 脱 (A) |] 纯 同 化 量 | (LH Pg) a re , (Pr)
HE 2% (J. R. Gosz) 等 1979 年 在 北美 洲 的 一 片 落叶 立 叶 林 测 定 , 毛 虫 的 同化 效率 为 14 多， 同化 量 中 有 60 锡 用 于 呼 吸 , 40% 贮存 于 体内 。 了 网 获 把 同化 量 的 98 多 用 于 呼吸 消耗 ， 仅 有 2 多 用 于 生长 和 繁殖 。 Kis, 消耗 的 能 量 仅
>y Bt EB 村 , 约 有 60 狗 的 同化 量 用 于 生成 新 的 个 体 。 AM,
动物 的 同化 效率 相差 很 大 。
肉食 动物 以 食 草 动物 为 食料 ,属于 第 二 级 消费 者 。 肉食 动物 吃食 草食 动物 后 ,一 部 分 用 来 建造 自身 的 生活 物质 ,这 是 对 第 二 性 生产 产品 的 再 利用 和 再 生产 ， 这 一 生产 量 可 叫做 三 级 生产 量 。 肉食 动物 之 间 弱 肉 强 食 , 还 会 有 四 级 生产 和 五 级 生产 。 由 此 可 见 ， 第 二 性 生产 是 由 一 系列 次 级 生产 组 成 的 。 然而 ,每 一 次 级 生产 的 能 量 转移 过 程 , 却 基 本 上 遵循 着 相同 途 径 , 可 用 下 列 图 式 概 括 :
食 和 人 能 量 一 > 消化 能 量 一 一 > 代谢 能 量 一 一 > 净 能 ( 净 第 二 性 生产 )
流 流 (和 级 消费 者) | bs F: # 尿 热
>
但 是 ;各 次 级 生产 每 上 升 一 次 ,其 转化 效率 都 将 明显 降低 一 次 。
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(二 ) ESAS HVE
1. 能 量 在 生态 系统 中 的 分 配 与 消耗
太阳 能 通过 绿色 植物 的 光合 作用 转变 为 第 一 性 生产 量 ， 成 为 进入 生态 系统 中 可 利用 的 基本 能 源 。 这 些 能 量 按 着 热力 学 定律 ,在 生态 系统 各 成 分 间 不 停 地 流动 转移 ,使 得 生态 系统 的 各 种 功能 得 以 正常 运行 。 能 量 的 六 动 从 总 第 一 as ol Sue 植物 体内 的 分 配 与 消耗 开始 。 生产 者 的 总 第 一 性 生产 量 ， 首 先 用 于 自身 生命 活动 。 正 营 情 况 下 ,这 部 分 消耗 占 总 第 一 性 生产 的 50 多 以 上 。 从 总 第 一 性 生产 量 中 扣除 呼吸 作用 的 消耗 ， 生 产 者 利用 其 余 的 能 量 来 建造 自身 和 繁殖 后 代 , 以 保证 生态 系统 不 断 生 产 。
净 第 一 性 生产 量 向 三 个 方向 转移 : 一 部 分 被 昆虫 、 BR 和 其 它 草食 动物 采 食 ,能 量 进入 草食 动物 体内 ;一 部 分 成 为 凋 落 物 暂 时 贮存 在 枯 校 落叶 层 中 ,做 为 穴居 动物 .土壤 动物 和 分 解 者 的 食物 ; 第 三 部 分 则 以 生活 物质 的 形式 贮存 于 体内 增长 植物 体 的 重量 。 ee se CAI 2-4) 0
植物 做 为 第 二 性 生产 的 原材料 被 草食 动物 采 食 后 ， 未 被 消化 和 吸收 的 剩余 残 蓝 部 分 以 凌 便 的 形式 排除 体外 ， 进 入 环 i, 成 为 分 解 者 的 食物 。 消化 后 的 同化 量 大 部 分 用 来 维持 生 命 活动 。 经 过 呼吸 作用 一 部 分 能 量 以 热 的 形式 散失 到 环境 中 。 所 剩 的 一 少 部 分 贮存 于 体内 ,增长 身体 和 繁殖 后 代 ,成 为 第 二 性 生产 量 。 试验 证 明 , 草食 动物 吃食 的 食物 利用 于 净 第 二 性 生产 量 中 的 能 量 只 占 10 一 20 多 左右 。
草食 动物 是 肉食 动物 的 食物 ,肉食 动物 捕食 草食 动物 ,能 量 从 草食 动物 转移 到 下 一 级 消费 者 一 一 肉食 动物 体内 。 草 食
; 35%
图 2-4 生态 系统 中 能 量 的 分 配 与 消耗
S 太阳 能 R 呼吸 消耗 能 B 现存 生 Ya D 凋落 物 及 死亡 有 机 体 Dta 姜 便 及 死亡 有 机 体
动物 转移 给 肉食 动物 的 能 量 , 也 只 占 10-20% EA. ABS 物 捕获 食物 以 后 ， 进 行 的 第 三 次 生产 中 能 量 的 消耗 和 传递 大 体 与 草食 动物 相同 。 肉食 动物 活动 量 大 ,用 于 呼吸 作用 的 能 量 更 多 些 , 同 化 率 更 低 。 |
由 于 动物 经 常 活动 ， 同 一 动物 可 能 在 不 同 的 生态 系统 中 采 食 ,风雨 \ 水 \ 运 流 等 也 搬运 一 些 有 机 物质 ,因此 ,各 生态 系 KZA LAER. 综 上 所 述 , 食物 在 生态 系统 各 成 分 之 间 的 消耗 、 转 移 和 分 配 过 程 , 就 是 能 量 的 流通 过 程 。
能 量 分 配 按 前 进 方向 进行 ,是 不 可 逆 的 过 程 。 例 如 ;绿色 植物 截获 的 太阳 能 , 决 不 可 能 再 返回 到 太阳 去 。 同 样 ,草食 动 物 所 得 的 能 量 也 不 能 返还 给 生产 者 一 一 绿色 植物 。 能 量 从 输 人 和 人，, 逐 级 流通 ,直到 输出 ,能量 为 单程 流 , 而 且 数 量 逐 级 锐 减 ， 能 流 越 来 越 细 , 直到 以 废 热 形式 全 部 散失 为 止 。 这 是 生态 系 统 能 量 流 动 的 特点 (图 2-4，2-5)o 能 量 来 自 太 阳 ，, 经 过 生态 系
se。 26 «
Caine to G;+C;+D,+R3+U;
i AEE LB res 图 2-5 各 营养 级 的 能 量 转 移 关 系
S 最 初 现存 量 “”G 成 长 (增加 ) 量 CRRE. D 死 亡 被 分 解 量 R 呼 吸 量 “TU 不 消化 排出 量
统 暂 时 固定 \ 流 动 ,最 后 返回 空间 。 因 此 ,生态 系统 是 一 个 能 量 开放 系统 ,要 维持 生态 系统 的 功能 正 币 运行 ,就 得 不 断 地 同系 统 中 输入 能量。
2. 能 量 流动 的 渠道 “食物链 及 食物 网 、
我 国有 一 名 古老 的 谚语 : 大 鱼 吃 小 鱼 , 小 鱼 吃 虾米 ,虾米 吃 稀 泥 。 这 名 话 是 食物 链 的 生动 描述 。 它 反映 了 生态 系统 中 植物 与 动物 ` 动 物 与 动物 之 间 的 食 者 与 被 食 者 的 关系 。
生态 系统 中 绿色 植物 的 茎 时 被 草食 动物 采 食 ， 草 食 动 物 成 为 肉食 动物 的 猫 获 物 ， 弱 小 的 肉食 动物 又 被 凶猛 的 大 动物 捕食 。 生物 之 间 通 过 吃 与 被 吃 的 食物 关系 , 相互 间 结 成 一 个 整体 ,就 象 一 环 扣 一 环 的 链条 ,这 叫做 食物 链 。 食 物 链 上 的 每 一 个 环节 叫做 营养 级 。 每 一 个 生物 种 群 都 处 在 一 定 的 营养 级 土 , 只 有 少数 种 兼 两 个 营养 级 ,如 杂食 性 动物 。
在 草原 上 ,蝗虫 吃 牧 草 , 蛙 吃 蝗虫 , 蛇 吃 蛙 , 鹰 吃 蛇 , 这 是 一 条 食物 链 ,共有 五 个 营养 级 (图 2-6)。
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eS tae 牧草 生长 在 人 们 周围 的 土地 上
图 2-6 “个 体 的 金字 塔 ?
表示 草原 生态 系统 的 一 个 食物 链
TER, BBC, Bich, wei, BRANCH, Fila 野猪 , 义 是 一 条 食物 链 。 虎 是 山中 之 王 ， 位 于 食物 链 的 最 末 Vino FERS HERS DREMEL T Blt 足 类 ,沙丁鱼 又 被 较 大 的 鱼 吞 食 , 较 大 的 鱼 又 是 更 大 的 肉食 鱼 一 一 凶猛 的 效 鱼 之 类 的 食物 。 从 硅 菠 到 次 鱼 形 成 了 一 条 海洋 食物 链 , 芝 养 级 又 是 五 级 。 食 物 链 在 自然 界 中 普遍 存在 ,是 生 物 之 间 错 综 复 杂 关 系 的 重要 体现 。
绿色 植物 是 生态 系统 的 生产 者 ， 是 一 切 生物 的 食物 的 基
亲生
本 来 源 。 位 于 食物 链 的 开端 是 第 一 营养 级 。 草 食 动 物 直接 以 植物 为 食料 ,属于 一 级 消费 者 ,位 于 第 二 营养 级 。 以 草食 动物 为 食 的 肉食 动物 属于 第 二 级 消费 者 , 位 于 第 三 营养 级 。 UA 食 动 物 为 食 的 大 型 肉食 动物 属于 第 三 级 消费 者 ， 居 于 第 四 管 养 级 。 依 次 类 推 。 分 解 者 一 一 细菌 和 真菌 可 列 为 第 五 和 第 六 营养 级 。 动 ,植物 之 间 的 食性 关系 复杂 多 样 ,营养 级 的 数目 当 然 不 尽 相 同 。 在 一 般 情 况 下 是 3 一 5 级 ,各 营养 级 由 食物 链 衔 接 。 能 量 在 生态 系统 中 沿 着 食物 链 流动 , 由 这 一 营养 级 转移 到 另 一 级 , 食物 链 乃 是 生态 系统 中 能 量 流动 的 渠道 。 由 于 各 级 消费 者 的 情况 不 同 ,一 般 把 食物 链 分 为 捕食 链 、 寄 生 链 与 腐 生 链 。 弱 肉 强 食 , 小 的 被 大 的 吃食 ,这 是 动物 界 普遍 存在 的 以 捕食 方式 形成 的 食物 链 , 称 为 捕食 链 , 也 叫 笋 食 食物 链 。 也 有 从 大 动物 到 小 动物 以 寄生 方式 形成 的 食物 链 ， 称 为 寄生 和 链 。 如 马 由 虫 寄生 在 马 的 体内 ,原生 动物 又 寄生 在 马 量 虫 体 中 , 相 依 为 命 。 此 外 ,还 有 专 以 动 ,植物 尸体 为 食物 形成 的 食物 链 ， 叫做 腐生 链 或 残 体 食物 链 , 如 枯 梳 落叶 、\ 根 茬 等 被 蘑菇 (真菌 ) 分 解 , 死 了 的 蘑菇 又 被 细菌 分 解 等 等 。
另外 ， 还 有 一 个 常 被 人 们 忽视 的 食物 链 ， 即 碎 居 食物 链 (图 2-7)。 生态 系统 中 未 被 牧 食 食 物 链 利用 的 碎 属 有机物 在 真菌 、 细 菌 一 原生 动物 一 线虫 . 旺 归 -> 肉食 动物 ;或 碎 必 有 机 物 一 线虫 . 蝗 归 | 一 食肉 动物 之 间 逐 级 转移 ， 叫 做 碎 导 食物 链 。 据 研 究 ,在 一 块 放牧 草 甸 上 ， 对 第 一 性 生产 力 能 量 的 消耗 , 牧 食 食物 链 消耗 了 33.3% ,而 碎 导 食 物 链 却 消耗 了 56.4 多 ;在 山 ERED ,前 者 为 40.4 多 ,后 者 为 17.0《〈 据 夏 武平 1979 年 )， 可 见 碎 悦 食 物 链 在 生态 系统 的 能 量 流 通 中 具有 重要 作用 。
在 月 然 界 里 的 动物 ,有 的 专门 吃 植物 的 草食 动物 ,也 有 专 门 吃 动物 的 肉食 动物 ,有 的 既 吃 植物 又 吃 动物 ,叫做 兼 食性 动 物 。 因 此 ,同一 种 动物 可 能 不 位 于 一 个 营养 级 上 ,同一 个 营养
© 29 。
图 2-7，” 碎 导 食 物 链 基本 形式 示意 图
级 上 还 可 能 有 多 种 动物 。 野猪 和 能 是 杂食 性 动物 ， 它 们 吃 植 物 的 果实 ,也 吃 小 型 的 草食 动物 和 肉食 动物 ,位 于 2 一 3 个 营养 级 上 。 上 面 已 经 提 到 ,在 生态 系统 中 有 许多 食物 链 ,各 种 食物 链 并 不 是 孤立 的 , 它们 往往 纵横 交织 , 紧密 地 联结 在 二 起, 形 成 复杂 的 多 方向 的 食物 网 。 生态 系统 越 稳定 , 生物 种 类 越 丰 富 ， 食 物 网 也 越 复杂 。 食物 网 维持 着 生态 系统 的 平衡 (B 2-8) Ch) 食物 网 是 自然 界 普遍 存在 的 现象 。 生产 者 制造 有 机 牺 ， 各 级 消费 者 消耗 这 些 有 机 物 ,生产 者 和 消费 者 之 间 相 互 矛盾 又 相互 依存 。 不 论 是 生产 者 还 是 消费 者 , 其 中 某 二 种 群 的 数 量 突然 发 生变 化 ， 必 然 牵动 整个 食物 网 ， 在 食物 链 正 反 哑 密 来 。 =. 如 果 森 林 中 鸟 类 减少 ， 某 些 昆 虫 因 失去 其 消费 者 而 暴发 性 增加 ,树木 的 枝叶 因 昆虫 大 量 吃食 而 受到 危害 》 同 桦 ,草原 上 鼠 类 数量 突然 增加 , 必 将 引起 草原 产 草 量 大 幅度 下 降 ;而 铺 食 鼠 类 的 沙 狐 种 群 也 因 有 丰富 的 食物 而 迅速 增加 。
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Al 2-8 东非 洲 热带 草原 的 食物 链 , 纵 横 交 织 成 食物 网
1 .人 金钱 鹏 “2. 雄 狮 3.35 4. 狐 狸 5. 羚羊 类 6. 斑 马 7. 叶 \ 茸 、 果实 8. 监 、9. 鹿 的 尸体 “10. 食 蛇 专 11. 秃 鸠 12. 昆虫 “13. 蛙 14.6828 15. 晰 蝎 16.573 17. 蛇 类 18.4, 19.%8 20. 非 WiK4 21. 822.8 23. e 24.4.4 2B. Awe 26.98 27.49. 28. 长 颈 鹿 29.68 30. urd] 31. eee 32.6 Hm 33-. 黄 酌 34.2, 35. 叶 ,果实 36. Rm
美 训 兽 有 一 森林 草原 用 来 养 座 ， 长 期 以 来 鹿 群 与 生态 环 境 处 于 相对 平衡 状态 ,生态 系统 是 稳定 的 。 后 来 ,人 们 为 了 扩 大 鹿 群 ,大量 捕 杀 鹿 的 天 敌 一 一 狼 、 鹏 和 山 狗 等 , 把 食肉 兽 消
e 3l 。
KOT, 鹿 群 惊人 地 增多 起 来 , 于 是 饲 草 不 足 了 , ial 叶 ， 结 果树 干 上 没有 树叶 的 部 位 越 来 越 高 ， 最 后 导致 树木 衰 ， 亡 , 于 是 许多 鹿 也 因 饥 饿 而 大 批 死亡 。 不 仅 死亡 的 鹿 远 远 超 过 以 前 被 食肉 动物 吃 掉 的 数量 ， 更 严重 的 是 生态 环境 也 被 雇 不 质 一 切 的 寻找 食物 而 破坏 了 (图 2-9)e
.100000 , 100,000
草原 开始 退化
75,000 AAR 60% FBR
$0,089
草原 严重 退化 A
Pe 4 e-,
25,000
ate 10.000 0 1910 1920 1930 1940 年
600 a 142
Sie AX 的 个 体 数 oe = | —--> (HR)
3.900 4,388 1907 1917 1923: 1926 1937 年
图 2-9 BRR IE RE. hE Hh HK i—§_ 捕食 者 (肉食 动物 ) 对 询 群 的 影响 . 食物 网 是 生态 系统 长 期 发 展 形成 的 。 人 为 地 摘 掉 其 中 的 某 一 个 环节 ,将 使 生态 平衡 失调 ,甚至 使 生态 系统 崩 泪 。 A 此 ， 研 究 食物 网 各 营养 级 的 能 量 关 系 ， 利 用 动物 间 的 相互 吉 制 , 借 天 敌 来 控制 有 害 动 物 的 危害 是 有 重要 意义 的 ,有 待 我 们 进一步 探索 。
3. 生态 学 金字 塔 一 只 虫 在 几乎 方 米 的 空间 采 食 便 可 以 满足 它 的 要 求 :
52°
” 而 一 只 老虎 在 几 十 平方 公里 的 范围 内 也 不 一 定 捕 到 足够 的 食 有 物 。 幅 虫 处 于 食物 链 的 低位 营养 级 , 猛虎 处 于 食物 链 的 末 问 高 位 营养 级 。 贮 存 于 植物 体 中 的 有 机 物 和 能 量 向 上 逐 级 传递 时 , 逐 级 消耗 ,每 传递 一 级 就 有 大 部 分 能 量 用 于 一 系列 生 命 活 动 , 转化 为 热 散发 出 去 , 或 随 排 泄 物 排 出 体外 , 只 有 少 部 分 车 存在 身体 里 构成 自身 物质 。 MU, 能 量 沿 着 食物 链 的 营 养 级 流动 ,必然 逐 级 变 少 , 能 量 流 越 来 越 细 。 收获 率 低 ,转化 率 也 低 ,两 者 相 结合 ,使 得 生态 系统 中 消费 者 最 多 只 能 把 食物 能 量 的 4.5 一 20 匈 转变 为 自身 物质 〈 原 生 质 )。 营养 级 之 间 能 量 的 转化 效率 平均 起 来 大 约 在 10 多 。 这 就 是 美国 生态 学 家 ， 林 德 曼 提 出 的 “十 分 之 一 定律 *， 也 叫做 林 德 曼 效 率 (图 2-10)。 -
图 2-10 能 量 传递 的 “十 分 之 一 定律 ” 打 个 比方 ;一 个 人 若是 靠 吃水 产品 来 增长 一 厂 体重 的 话 ， 按 林 德 曼 效 率 就 得 吃 十 斤 鱼 ， 十 斤 鱼 要 以 一 百 厂 译 游 动 物 为 食 , 一 百 斤 浮游 动物 要 消耗 一 千斤 浮游 植物 才 成 。 也 就 是 说 ， 要 有 一 千斤 浮游 植物 才能 养活 十 斤 鱼 ， 才 能 使 人 增长 一 斤 体 重 (图 2-11)。 “十 分 之 一 定律 ”当初 是 林 德 曼 在 天 然 湖 泊 和 实验 室 水 族
e 33 。
箱 的 研究 中 得 到 的 。 最 近 , 大 量 研究 证 明 , 这 一 定律 适用 于 水 域 生态 系 统 。 对 陆地 生态 系统 不 完全 适用 。 陆 地 生态 系统 的 消 费 效 率 有 时 比 海 洋 生 态 系统 低 得 多 。 因 为 陆地 上 净 生 产量 不 是 逐 级 传递 到 上 一 营养 级 ， 而 其 中 的 大 部 分 是 直接 传达 到 分 解 者 那里 ,被 它们 分 解 和 转化 。
在 营养 级 序列 上 ， 上 一 营养 级 总 是 依赖 于 下 一 营养 级 的 能 量 ， 下 一 营养 级 的 能 量 只 能 满足 上 一 级 营养 级 中 少数 消费 者 的 需要 , 逐 级 向 上 ,营养 级 的 能 量 呈 阶梯 状 递减 o 于 是 形成 一 个 底部 宽 , 上 部 穿 的 尖塔 型 , 称 为 ”生态 学 金字 塔 (A 2-12).
有 趣 的 是 ， 生 态 学 金字 塔 概念 的 提出 也 是 从 中 国 流 传 的 一句 十 老 的 谚语 中 得 到 的 启示 , 那 就 是 一 山 不 能 容 二 虎 OE SFE FIG RMR Ba BES BFF SB 情况 。
各 营养 级 的 净 生 产量 虽然 不 完全 按 着 十 分 之 一 定律 " 逐 级 递减 。 但 是 , 食 草 动 物 的 产量 一 定 小 于 植物 的 产量 ,食肉 动 物 的 产量 必然 小 于 食 草 动物 的 产量 。 就 生产 量 而 论 , te 养 级 逐 级 向 上 也 是 阶梯 般 的 递减 ,成 为 金字 塔 形 。
下 面 以 业 花 盲 荐 一 一 肉 用 牛 一 一 人 这 个 假定 食物 链 为 例 , 来 说 明生 态 学 金字 塔 。 根 据 表示 方法 ,生态 学 金字 塔 可 分 A: 个 体 数 金字 塔 \, 生 物 量 金字 塔 和 能 量 金字 塔 。
个 体 数 金字 塔 : 塔 基 是 一 大 批 绿色 植物 (2X107 株 ), 往 上 是 为 数 不 多 的 草食 动物 一 一 肉 用 幼 牛 , 可 牧 养 4.5 头 ，4.5 头 幼 牛 每 日 净 增 的 牛肉 仅 够 维持 一 个 男 少年 的 生命 (图 2-13a)。 这 种 金字 塔 是 用 生物 个 体 数 来 表示 的 。 但 是 ,同一 营养 级 上 的 不 同 物种 的 个 体 体 积 是 不 同 的 ， 如 位 于 同一 营养 级 的 草食 动物 蝗虫 和 黄 鼠 ,两 者 体积 相差 悬殊 。 又 如 ,一 株 大 树 上 面 生 活着 成 王 上 万 只 昆虫 , 若 以 个 体 数 表示 则 必 将 出 现 塔 底 小 , 塔 顶 大 的 倒置 现象 。 看 来 这 种 表示 方法 有 缺 欠 之 处 ,一 般 不 常
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生物 量 金字 塔 ;: 用 生物 量 来 代替 个 体 数 ， 可 以 弥补 个 体 数 金字 塔 的 缺点 。 用 生物 体 的 重量 比 用 个 体 数 来 表示 更 为 确 Yi. iin, POA bee PAE T/A, BIR 4.5 头 幼 Ae ,年 总 重量 为 962 公斤 ,4.5 头 幼 牛 又 可 维持 一 个 体重 为 47.2 公斤 的 男 少 年 健康 的 生命 (图 2-13b)。
人 jj 幼 牛 | |45 头 a PBL | 2x 107 株
人 的 食物 链 与 三 种 生态 学
图 2-13 REBAR A+ 金字 塔 (面积 四 公顷 )
a 个 体 数 金 字 塔 b, 生物 量 金字 塔 c. ERSTE
用 生物 量 表示 各 营养 级 之 间 的 食物 传递 也 有 一 个 缺点 ， 例如 ， 一 克 植 物 二 物质 与 一 克 动 物 干 物质 在 能 量 上 并 不 是 等 值 的 。
能 量 金 字 塔 也 叫 生产 力 人 金字 塔 。 它 以 净 生产 力 表示 各 党 养 级 的 生产 速率 。 把 植物 干 物质 和 动物 干 物质 都 换算 成 能 量
单位 ( 千 卡 / 米 / 年 )， 用 两 个 营养 级 之 间 的 比值 ， 表 示 能 量 传
ae
BAAR, 较 之 生物 量 人 金字塔 更 为 确切 。 如 图 2-13c 所 示 , 四 公顷 紫花 首 著 接受 的 太阳 辐射 量 ,每 年 为 63XI100 卡 ， 紫花 曹 攻 固 定 的 光 能 量 为 1.49X10? 卡 ， 固 定 效率 约 为 0.024% “ERATE RUE LI 8%, 人 对 牛肉 的 转化 率 为 0.79 左右 。 | ents
研究 生态 学 金字 塔 有 实践 意义 。 塔 的 层次 多 少 , 同 能 量 的 消耗 关系 密切 ,层次 越 多 能 量 的 利用 率 越 低 。 塔 基 越 宽 生 态 系统 越 稳 定 。 不 过 塔 基 太 宽 ,能 量 转化 率 不 高 ,浪费 大 。 从 农业 生产 角度 来 看 ,不 仅 需要 稳定 性 强 ,还 要 求 能 量 转化 率 高 的 金字 塔 ,这 样 从 生态 系统 中 获得 的 产品 才 是 多 的 8
图 2-14 生态 学 金字 塔 与 人 的 营养 阶段
粮食 和 肉 是 人 的 主要 食物 。 粮 食 属 于 第 一 性 生产 的 产 品 , 来 自生 态 系统 的 低位 营养 级 。 人 吃 粮 食 在 生态 学 金字 塔 中 处 于 下 部 , 与 草食 动物 的 位 置 相同 。 肉 是 第 二 性 生产 的 产 品 , 来 自 高 位 章 养 级 ,人 史 肉 在 生态 学 金字 塔 中 处 于 中 上 部 ，
e« 38 。
相当 于 肉食 动物 的 位 置 (图 2-14)。 根据 林 德 曼 的 生态 效应 ， “能量 每 经 过 一 个 营养 级 大 约 损失 90 多 。 从 这 一 意义 上 看 , 利 用 第 一 性 生产 的 产品 可 以 维持 更 多 的 消费 者 生活 ， 减 少 能 量 的 消耗 , 这 是 经 济 的 。 如 果 把 粮食 拿 来 做 为 第 二 性 生产 的 原 料 进行 再 生产 ,收获 第 二 性 产品 一 一 肉 和 奶 类 ,势必 造成 能 量 利用 上 的 浪费 , 而 维持 消费 者 的 个 体 数量 将 大 大 减少 。 人 吃 ” 贸 食 、 蔬 菜 和 水 果 是 最 短 的 食物 链 ,比较 经 济 的 利用 了 生产 者 从 阳光 那里 固定 下 来 的 能 量 。 当然 ,我 们 决 不 是 素食 主义 者 ,主张 人 完全 吃 植物 性 产品 而 不 吃 肉 类 。 恰 恰 相反 ,为 了 提高 人 民 的 体质 ,改善 人 们 的 生 活 , 我 们 非常 赞同 尽 多 地 增加 动物 性 食品 。 。 ， 扫 球 上 最 为 丰富 的 有 机 化 合 物 是 纤维 素 。 它 是 组 成 植物 细胞 壁 及 其 它 支持 组 织 〈 如 植物 纤维 和 木质 部 ) 的 一 种 多 糖 类 。 可 惜 , 它 不 能 为 人 体 所 消化 。 但 是 ,在 草食 动物 的 胃 中 生 存 某 些 细菌 和 原生 动物 含有 能 够 水 解 纤维 素 的 酶 ， 这 些 动物 将 纤维 素 作为 第 二 性 生产 的 原料 。 因 此 ,我 们 应 该 发 展 牧 业 ， 增加 第 二 性 产品 。 海洋、 湖泊 和 河流 , 由 于 生态 系统 的 特殊 性 , 第 一 性 生产 的 产品 多 为 形体 微小 的 浮游 植物 ， 二 级 消费 者 也 是 很 小 的 浮 游 动物 。 目 前 ,人 类 还 无 法 直接 利用 这 些微 小 的 植物 和 动物 。 因为 在 海洋 中 ,要 过 滤 每 平方 米 海 面 下 大 约 50 KH, 至 少 需 要 一 个 星期 的 时 间 。 因 而 用 这 种 办 法 来 获取 海洋 中 的 浮 游 动物 在 目前 是 办 不 到 的 。 水 域 生 态 系统 中 也 只 好 收获 草食 性 鱼 类 和 肉食 性 鱼 类 。 ， ”我 国人 多 耕地 少 ,但 是 草原 草山、 草 坡 面积 广大 ,应 充分 利用 这 些 自然 资源 培育 与 牧 养 良 种 家 畜 、 家 禽 , 发 展 牧 业 ; 再 者 ， 我 国 的 水 域 面积 也 不 少 ,在 水 产 养殖 业 中 MURR 鱼 类 为 养殖 重点 ,发展 渔业 。 因 此 ,我 国 增加 肉食 品 的 潜力 相
es 39 。
4K ,在 我 国 的 膳食 中 ,肉食 品 的 比重 会 得 到 不 断 地 提高 e (=) 生态 系统 的 物质 循环
宇宙 是 由 运动 着 的 物质 构成 的 ,没有 不 运动 的 物质 ,也 没 有 离开 物质 的 运动 。 生 态 系统 中 的 生物 ,为 了 生活 和 繁殖 , 除 了 必需 有 能 量 输入 以 外 , 还 需要 不 断 输 入 物质 。 当 绿 色 植物 进行 光合 作用 时 ， 把 能 量 以 化 学 能 的 状态 贮存 于 合成 的 有 机 物 中 时 ,能 量 与 物质 是 同时 并 存 的 。
仅仅 有 能 量 并 不 能 维持 动 \ 植 物 的 生命 ,还 必须 有 一 定 的 物质 基础 。 如 果 说 ;能量 来 自 太阳 ,那么 构成 生物 所 需要 的 物 质 则 由 地 球 供给 。 生态 系统 中 的 物质 , 主要 指 生物 生命 必须 的 各 种 营养 元 素 ,它们 在 各 个 营养 级 之 间 传递 ,并 连结 起 来 构 成 物质 流 。 物 质 从 大 气 、 水 域 或 土壤 中 ,通过 绿色 植物 吸收 进 和 人 食物链, 然后 转移 给 食 草 动物 , 进而 转 给 食肉 动物 , 最 后 被 微生物 分 解 与 转化 回 到 环境 中 。 这 些 释放 到 环境 中 的 物质 ， 又 再 一 次 被 植物 吸收 利用 ,重新 进入 食物 链 , 参 加 生态 系统 的 物质 再 循环 。 这 个 过 程 就 叫 物质 循环 。
生态 系统 中 流动 着 的 物质 有 着 双重 的 使 命 : 物质 是 贮存 化 学 能 的 运输 工具 ， 又 是 维持 生命 进行 生物 化 学 活动 的 结构 基础 。 如 果 没 有 能 够 截取 和 运载 能 量 的 ,并且 使 能 量 从 一 种 形式 转化 为 另 一 种 形式 的 物质 分 子 ,能 量 将 会 自由 散失 , 便 不 能 沿 着 食物 链 逐 渐 传递 去 供给 其 它 生物 ， 生 态 系统 也 就 不 可 能 维持 了 。 各 种 生物 必须 从 环境 中 取得 营养 物质 * 但 也 必须 向 环境 供给 其 它 生物 能 够 利用 的 物质 ,如 此 循环 不 已 ,才能 维 持 营养 物质 不 致 枯 竟 和 生命 不 断 发 展 。
因此 ， 生 态 系统 中 的 物质 循环 和 能 量 流动 ， 两 者 紧密 联 系 ,相辅相成 ,共同 进行 (图 2-15)。
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生态 系统 GE 检 。 有 机 物 的 流通 二- 一 > 无 机 物 的 流通 能 量 的 流动
图 2-15 ”生态 系统 内 部 的 物质 循环 与 能 量 流动
物质 是 不 灭 的 ,生态 系统 中 的 物质 处 于 不 断 循 环 之 中 , 构 成 物质 流 。 同 一 物质 可 以 在 食物 链 的 同一 个 营养 级 中 被 生物 多 次 利用 ,例如 ,植物 呼吸 放出 的 二 氧化 碳 可 供 其 它 植物 再 次 利用 。 物质 从 一 个 生态 系统 中 消逝 ,又 在 另 一 个 生态 系统 中 出 现 , 然 而 能 量 在 食物 链 中 则 是 向 着 一 个 方向 逐 级 流动 ,不 断 消耗 和 散失 。 物质 流 在 生态 系统 中 可 多 次 地 被 再 利用 , 周 而 复 始 的 循环 。 这 是 两 者 的 根本 区 别 。
生物 需要 的 营养 物质 很 多 ， 化 学 元 素 周期 表 里 所 有 的 元 素 几 乎 都 能 在 生物 体 中 找到 。 这 说 明 这 些 元 素 均 可 参 人 生 态 系统 的 物质 循环 中 去 。 然 而 生物 体 中 含量 丰富 的 元 素 并 不 多 。 表 2-4 列举 了 生活 物质 中 15 种 主要 元 素 ,其 中 构成 碳水 化 合 物 的 三 种 元 素 一 一 碳 (C), (HW), (O) ILE HAS 物质 总 量 的 99 多 ,而 所 (CN), WE 〈(P)、 钾 (CK) (Ca), &
e 41 。
(Mg), ti (S) 等 数 种 元 素 点 0.5 多 ,这 些 叫 大 量 元 素 。 其 中 以 碳 、 氢 、 氧 、 氮 是 组 成 生活 物质 的 主要 元 素 。 还 有 些 元 素 如 钢 (Cu), BE, HW 〈Ba) 等 含量 其 微 , 叫 微量 元 素 。 KE 元 素 也 是 生物 体 不 可 缺少 的 ,一 旦 不 足 , 生 物 便 不 能 进行 正 稼 的 生命 活动 。
表 2-4 构成 生活 物质 的 主要 元 素 (LA 100% 作 为 15 种 元 素 的 总 量 )
元 素 碳水 化 合 物 2 CH) 碳 (C) % (O) 三 者 总 量 其 它 元 素 氮 CN) #5 (Ca) #F CK)
占 15 HORN BEX LR 占 15 种 元 素 的 总 量 92 FE (Si) 0.033 “ (Mg) 0.031 硫 CS) 0.017 铝 (Al) 0.016 B (P) 0.013 @ (Cl) 0.011 Sh (Na) 0.006 te (Fe) 0.005 “ (Mn) 0.003
49.74 24.90 24.83 99.47
0.272 0.072 0.044
研究 物质 在 生态 系统 中 的 循环 ,常用 库 这 个 概念 表示
某 一 物质 在 生物 或 非 生 物 中 贮存 的 数量 。 例如 , 大 气 中 的 含 碳 量 是 一 个 库 , 植物 体 的 含 碳 量 又 是 一 个 库 。 碳 在 大 气 和 植 物 之 间 的 循环 ,实际 是 碳 在 库 与 库 之 间 的 迁移 。
物质 在 生态 系统 中 的 流通 用 单位 时 间 、 单 位 面积 《或 体 积 ) 通 过 的 数量 来 表示 ,如 单位 / 亩 /天 ，, 称 为 流通 率 。 某 物质 的 库 量 与 流通 率 之 比 , 即 为 某 物 质 的 周转 时 间 。 例 如 ,大 气 库 与 生物 库 之 间 二 氧化 碳 的 周转 时 间 为 3,000 年 , 也 就 是 说 植物 和 动物 呼出 的 二 氧化 碳 , 在 大 气 库 中 可 停留 3,000 年 ,再 为 植 物 细胞 所 固定 。
Epi >, 在 整个 物质 流 中 , 各 个 库 之 间 的 物质 流动 ，
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“收入 与 支出 应 该 平衡 。 否 则 生态 系统 的 功能 将 发 生 障 碍 。 这 对 整个 地 球 环境 的 物质 平衡 起 着 巨大 作用 。 每 种 生物 元 素 的 循环 都 在 三 个 不 同 级 别 上 进行 : C1) 生物 个 体 ;(2) 在 生态 系 统 中 ;(3) 在 生物 圈 中 。 在 第 一 级 水 平 上 , 生物 个 体 吸取 物质 建造 身体 , 通过 代谢 活动 从 中 获取 能 量 , 又 把 物质 排出 体外 。 在 第 二 级 水 平 上 ， 生 态 系统 的 物质 流 在 第 一 性 生产 者 的 代谢 基础 上 再 通过 中 间 的 各 级 消费 者 和 分 解 者 (转化 者 ) 归 还 于 环 境 之 中 。 也 可 称 做 营养 物质 循环 或 生物 循环 。 物 质 在 生物 轿 的 各 圈 层 间 的 循环 称 做 生物 地 球 化 学 循环 。 按 着 物质 贮 库 的 性 质 可 分 为 二 类 : (1) 气 体循环 ,主要 贮 库 是 大 气 圈 ,包括 氮 、 碳 和 和 氧 等 循环 江 2) 沉 积 物 循环 ,主要 贮 库 为 岩石 圈 、 土 壤 圈 和 水 圈 , 如 硫 、 磷 、 钙 等 循环 。
生态 系统 的 物质 循环 (生物 循环 ) 和 生物 圈 的 生物 地 球 化 学 循环 窗 切 相关 ,两 者 不 仅 在 物质 上 进行 交换 ,而 且 营养 物质 的 循环 还 是 组 成 生物 地 球 化 学 循环 的 重要 环节 。
1. 营养 物质 循环
生态 系统 的 营养 物质 循环 是 在 环境 ,生产 者 、 消 费 者 和 分 解 者 之 间 进 行 的 。 表 现在 从 将 和 动物 的 生长 一 -有机物 的 合成 代谢 、 分 解 以 及 水 分 在 循环 过 程 中 对 于 这 些 物质 的 溶解 。 因 而 营养 元 素 得 以 迁移 和 积累 ， 物质 可 以 在 食物 网 的 同一 意 养 级 中 被 生物 利用 多 次 。 这 是 与 能 量 流 动 的 重要 区 别 。
生态 系统 还 可 能 从 十 水、 空气 流通 和 动物 迁 和 人 获得 某 些 营养 元 素 ， 一 些 元 素 还 可 能 伴随 动物 迁 出 以 及 地 表 运 流 和 地 下 次 流 而 移 至 生态 系统 之 外 ,因此 ， Ra RT eH 封闭 的 。 图 2-16 表示 欧洲 山 毛 样 和 欧洲 赤松 大 量 元 素 的 循环 过
e 才 3 。
San 自 土壤 中 吸收
图 2-16 ”生态 系统 中 主要 元 素 的 循环
欧洲 山 毛 样 从 土壤 中 吸取 钾 14 公斤 /公顷 ， 钙 94 公斤 / 公顷 , 氮 50 公斤 /公顷 , 磷 12 公斤 /公顷 , 用 以 未 材 增长 的 存 留 量 分 别 为 4 公斤 /公顷 、13 公斤 /公顷 、10 公斤 /公顷 、2 公 斤 / 公 顷 。 通 过 植物 凋落 物 返 回 土壤 的 归还 量 , 知 为 81 公斤 7 公顷 、 氮 为 40 公斤 /公顷 、 钾 和 磷 各 为 10 公斤 /公顷 。 在 这 一 循环 中 ,存留 量 与 归还 量 之 和 正好 等 于 吸收 量 。
实际 上 ,物质 循环 并 非 如 此 简单 ,植物 除了 从 土壤 中 吸收 矿物 元 素 外 ， 大 气 降 水 也 带 人 一 定数 量 的 有 机 物质 和 矿物 盐 类 参 人 循环 之 中 。 图 2-17 是 比利时 的 一 块 橡 树 - 白 暴 树 树 林 , 从 雨水 中 获得 钾 4 公斤 /公顷 、 钙 15 公斤 /公顷 ` 氮 87 从 r/o Leah, 一 部 分 树叶 经 松 毛虫 吃食 后 , 未 被 消 楷 的 树 叶 以 数 便 的 形式 也 归还 给 土壤 。 图 2-16 和 2-17 Win, WM | 土壤 库 中 输出 的 大 量 元 素 ， 主 要 以 植物 凋落 物 的 形式 返回 土 |
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壤 。 植 物 凋落 物 及 土壤 表层 的 枯 枝 落叶 层 在 维持 和 提高 土壤 肥力 方面 有 重要 作用 。 生 态 系统 中 的 物质 循环 过 程 是 土壤 肥 力 不 断 提高 的 过 程 。 BK BRIM PHBE. AERA KALE 能 力 , 而 且 也 切断 了 营养 物质 归还 土壤 的 途径 ,必然 导致 土壤 - 肥力 的 降低 。
吸 erate i ), 和 EN N K P Ca Mg 2-18 芒 草 草原 无 机 盐 类 的 收 支 图 2-18 表明 芒 草 草原 无 机 盐 类 的 收 支 情况 。 八 月 末 , 蕊 草草 原 地 上 部 分 的 所 含量 明 显 高 于 吸收 量 。 高 出 的 数量 远 远 大 于 由 雨水 带 人 的 数量 。 由 此 推测 , 芒 草 地 上 的 高 额 氮 是 利
。 和 5 。
-用 了 前 一 年 土壤 中 的 存留 气 。 这 一 情况 启示 我 们 在 芒 草 草原 打 章 场 上 ;适当 施加 氮肥 是 提高 产 草 量 的 有 效 途 径 。 枯 枝 落叶 (凋落 物 ) 分 解 的 速率 直接 影响 生物 循环 过 程 的 强度 ,一般 用 凋落 物 分 解 比率 来 表示 生物 循环 强度 : 林地 凋落 物 积累 总 量 | EE Re ce a eR BE 生态 系统 不 同 ， 其 凋落 物 的 分 解 比率 和 生物 循环 强度 相 差 很 大 ,如 : 生态 系统 类 型 “分解 比率 ”循环 强度 VE RM 50 tit Sr Rr RK 10~17 很 迟 组 fal 时 林 汪汪 RR
草 原 1~1.5 -” 快 亚热带 林 0.7 快 热带 稀 树 草原 0.2 很 快 Ry tir BY PK 0.1 很 快
北方 低温 ,高 湿 , 微 生物 活动 强度 低 , 枯 校 落 时分 解 缓 慢 ， 有 机 物质 大 量 积累 。 热 带 高 温 , 高 湿 , 微 生物 活动 强烈 ， 有 机 物质 分 解 迅 速 ,周转 期 只 有 0.2 年 , 即 2 个 半月 左右 ， 有 机 物 RAED 区 3
2. 生物 地 球 化 学 循环
生态 系统 之 间 矿 物 元 素 的 输入 和 输出 以 及 它们 在 大 气 圈 , 水 圈 `\ 土 壤 圈 、 岩 石 圈 之 间 的 交换 ， 叫 做 生物 地 球 化 学 循 环 。 这 个 循环 是 开放 式 的 。
生态 系统 内 ， 营 养 物 质 的 生物 小 循环 是 在 生物 地 球 化 学 大 循环 的 基础 上 进行 的 。 生物 地 球 化 学 循环 的 内 容 十 分 丰 富 , 这 里 只 介绍 水 循环 、 碳 循环 ARAMA
© 47 。
(1) KAS. |= OKEHRELBERMLILAD, bE 生物 组 织 中 最 多 的 单一 成 分 。 水 曾 是 原始 生命 的 摇篮 , ME 直到 今天 仍 是 许多 生物 的 自然 生境 。 水 具有 可 溶性 、 可 动 性 和 比 热 高 等 独特 的 理化 性 质 ， 因 而 它 是 地 球 上 一 切 物 质 循环 和 生命 活动 的 介质 。 地 球 上 的 氧气 主要 来 源 于 水 。 大 气 中 的 水 汽 是 行 云 致 十 的 物质 基础 。 海 水 和 湖水 还 有 调解 气 修 的 作 用 。 因 此 ,水 具有 极为 重要 的 生态 意义 。
地 球 上 水 的 荤 量 很 大 , 分 布 也 广 。 除 各 种 矿物 质 里 的 化 合 水 和 结合 水 外 ,海洋 河流、 湖泊 \ 地 下 水 ,大气 水 和 冰 , 共 同 组 成 了 地 球 的 水 圈 。 其 总 量 大 约 有 15 亿 立 方 公里 地球 上 有 97% 的 水 是 贮存 在 海洋 里 ,所 以 ,海洋 是 水 圈 的 主体 ,， 占 地 球 面积 的 71 多。 陆地 上 的 水 虽然 很 少 , 但 其 生态 学 作用 甚大 。
地 球 上 的 水 时 刻 都 在 运动 着 , 海洋 水 、 大 气 水 和 陆地 水 ， 通过 固体 ,液体 和 气体 三 相 变 化 ,不 停 地 进行 着 交换 即 水 循环 。
海洋 和 陆地 在 太阳 光 的 照射 下 ， 每 年 约 有 488,000 立方 公里 水 分 蒸发 到 大 气 之 中 。 从 海洋 表面 燕 发 的 水 ,如 果 又 直 接 以 雨 的 形式 降落 到 海洋 中 , 这 叫 水 的 内 循环 。 RHR 的 水 分 随 着 气流 带 人 大 陆 , 并 降落 到 地 面 ,其 中 一 部 分 再 度 燕 发 和 蒸腾 返回 大 气 ,一 部 分 盗 人 地 下 形成 土壤 水 和 沟 水 ; 另 一 部 分 形成 地 表 运 流 注 人 河流， 并 返回 海洋 ， 于 是 形成 了 水 分 的 海陆 循环 。 土壤 水 和 潜水 被 植物 吸收 以 后 , 一 少 部 分 结合 在 原生 质 中 ,成 为 植物 体 的 一 部 分 ,大 部 分 通过 植物 蒸腾 作用 再 度 进 入 大 气 , 加 速 了 水 循环 (图 2-19)。 :绿色 植物 在 地 球 的 水 循环 过 程 中 具有 重要 作用 。 生 态 系 统 把 将 近 40% 的 太阳 能 用 于 植物 的 蒸腾 作用 。 据 计算 ,植物 每 生产 一 公斤 干 物 质 ， 平 均 要 蒸腾 掉 1,000 公斤 水 。 在 一 定 的 气候 条 件 下 , 若 想得到 20 吨 鲜 重 的 农作物 需要 2,000 mh 水 。 收 获 后 还 将 有 15 吨 水 燕 腾 掉 , 剩 下 的 5 吨 干 物质 中 仍 有
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图 2-19 ”地 球 上 水 分 循环 .
3 吨 水 被 固定 和 转化 。
水 分 在 循环 中 不 断 更 新 。 估 计 大 气 中 的 水 每 九天 可 以 更 新 一 次 。 土 壤 中 的 水 更 新 一 资 约 需 280 天 ,地 下 水 要 300 年 ， 海 洋 中 的 水 全 部 更 新 一 次 需要 37,000 年 。
(2) 碳 循 环 ， ， 夏 是 构成 有 机 体 的 基本 元 素 ， 占 生活 物 质 总 量 的 25%, 没有 碳 就 没有 生命 。 碳 在 无 生命 环境 中 是 以 二 氧化 碳 或 者 以 碳酸 盐 ( 石 灰 岩 、 珊 瑚 礁 ) 的 形式 而 存在 的 。
植物 通过 光合 作用 把 大 气 中 的 二 氧化 碳 和 水 合成 碳水 化 合 物 , 用 以 构成 自身 。 在 植物 呼吸 或 发 酵 过 程 中 产生 的 二 氧 化 碳 通 过 植物 的 叶片 和 根部 释放 到 大 气 中 去 ， 被 植物 再 度 利 用 ,这 是 碳 循环 最 简单 的 形式 。
植物 被 动物 采 食 后 ,碳化 物 转 人 到 动物 体内 ,动物 呼吸 排
一
出 二 氧化 碳 。 动 \ 植 物 死 后 ,经 微生物 分 解 产 生 的 二 氧化 碳 也 返回 到 大 气 中 ,又 可 被 植物 利用 。 这 是 碳 循 环 的 第 二 种 形式 (图 2-20)。 各 类 生态 系统 固定 二 氧化 碳 的 速率 差别 很 大 。 热 带 雨 林 区 ,每 平方 米 每 年 固定 夏 在 1 一 2 公斤 之 间 。 北 极 冻 原 和 干燥
e 49 。
NNT ag See Te aaa PEA Be bolas i SH 2-20 碳 循环
一
沙漠 只 能 固定 热带 雨林 区 的 1。 温带 森林 为 0.2 一 04 AT, 整个 陆地 每 年 可 固定 1.1X 10" 吨 碳 。 海洋 每 年 的 固 碳 量 仅 为 陆地 的 27 狗 。 陆 地 各 类 生态 系统 中 , 森林 生态 系统 是 碳 的 最 大 贮 库 。 全 世界 森林 的 储 碳 量 为 4000 一 5.000 亿 吨 。
煤 \ 石 油 和 天 然 气 等 矿物 燃料 ,是 地 质 时 代 生物 残 体 埋藏 在 地 层 中 ,经 过 长 期 的 地 质 作用 形成 的 含 碳 物 质 。 目 前 ;大 类 把 这 些 矿物 燃料 挖 气 出 来 作为 能 源 。 煤 、 石 油 和 天 然 气 燃烧 寺 放 出 大 量 的 二 氧化 碳 , 这 些 二 氧化 碳 被 植物 利用 ,重新 加 入 生态 系统 的 碳 循 环 中 ,成 为 碳 循环 的 第 三 种 形式 。
上 述 碳 的 三 种 循环 图 式 彼此 结合 , 共同 进行 。 实际 上 是 难以 区 分 开 的 。 碳 在 生物 圈 中 的 循环 ,虽然 并 非 如 此 简单 ,但 它 已 经 勾画 出 碳 循环 的 一 般 轮 廊 了 (图 2-21)。，
G3) Ai 。” 氧 占 生 活 物 质 中 原子 总 量 的 四 分 之 一 。
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图 2-21 cea
高 级 生命 形式 需要 的 能 量 是 靠 有 氧 代 谢 才 能 满足 的 。 例如 ， 葡萄 糖 氧 化 ,每 克 分 子 产生 50 千 卡 的 热量 。 有 机 物 的 氧化 过 程 可 以 用 光合 作用 的 逆 式 来 表示 : ~C.H,0, 十 O,—>CO, + HO 十 能 量 人 。 氧 气 不 仅 维持 着 生命 ,也 是 生命 活动 的 产物 。 氧气 在 太阳 辐射 作用 下 转化 为 臭氧 ,在 大 气 圈 中 形成 臭氧 层 ， 由 于 它 能 过 港 掉 太 阳光 中 的 高 能 紫外 辐射 ， 使 地 面 上 的 生物 免 于 太阳 紫外 辐射 的 杀伤 。
氧气 还 可 以 与 地 壳 中 的 很 多 元 素 化 合 ， 这 些 化 合 物 在 大 气 圈 \ 水 圈 和 岩石 圈 中 迁移 ,加 强 了 各 个 圈 层 的 相互 作用 。 此 , 氧 具有 重要 的 生态 学 意义 。
氧 原 子 主要 来 源 于 二 氧化 碳 \ 水 分子 氧 和 一 些 矿质 氧化 物 , 大 气 圈 \ 水 圈 和 岩石 圈 是 氧 的 三 大 贮 库 。 其 中 数量 最 多 的 氧 以 水 形式 存在 于 海洋 中 。 地 球 的 原始 大 气 层 里 没有 氧气 ， EKA 21% 的 氧气 几乎 全 部 来 源 于 植物 的 光合 作用 。 光合 作用 生成 的 氧气 是 由 水 分 子 在 叶绿素 中 经 太阳 辐射 的 激
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发 迅速 裂解 成 气 和 和 氧 而 得 来 的 。
虽然 光合 作用 的 原料 二 氧化 碳 《〈Co) 和 水 《H50) 中 都 eA A, 实验 证 明 , 光合 作用 放出 的 氧气 来 自 水 ,而 不 是 来 自 二 氧化 碳 。 为 了 明确 起 见 ， 将 光合 作用 反应 式 两 边 的 氧 原 子
做 一 标记 # ,表明 氧 的 去 向 。co; + HIO* JERE (CHL) + Ps 叶绿素
Of 十 HO。 从 式 中 看 到 ,光合 作用 一 方面 消耗 水 , BPH 又 产生 水 。 据 估算 地 球 上 全 部 (15 亿 立 方 公里 ) 的 水 , 每 200 万 年 左右 可 全 部 被 植物 细胞 所 裂解 ,并 为 植物 细胞 青 组 成 (图 2-22)。 光 合作 用 产生 的 氧 进入 大 气 库 中 ,并 为 生物 的 氧化 代 谢 所 消耗 。 按 现在 的 消耗 速度 估计 ,每 2.000 年 可 循环 一 次。 由 动 植物 呼出 的 并 进入 大 气 圈 中 的 二 氧化 碳 ,在 大 气 围 中 平 均 停留 约 三 百年 ,可 再 为 植物 所 固定 。
(4) RU Rib BAO RETRY. MLR 酸 、 各 种 蛋白 质 和 核酸 的 主要 组 成 成 分 。 大 气 中 氮 的 含量 点
H;O KE 大 气 中 的 > 大 气 中 的 Ou 3004F re SC 一 2, 000 年 a
2, 000;0004F 图 2-22 ” 生物圈, 大气 美和 水 圈 进 行 水 \ 氧 和 二 氧化 碳 的 交换
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729 多， 贮 量 虽 然 丰 富 ,但 是 氮 是 惰性 气体 ,气态 氮 不 能 被 绿色 厢 物 直接 利用 。 氮 必须 以 氨 离 子 、 亚 硝酸 离子 和 硝酸 离子 的 形 式 才能 被 植物 吸收 。 氮 转变 成 氨 (Ns) \ 亚 硝酸 盐 (mNO,) 和 硝酸 盐 (mNO,) HWE (m 代表 某 些 金属 ) , 叫 硝化 作用 。 自 然 界 中 的 硝化 过 程 是 靠 一 些 特殊 类 群 的 微生物 来 完成 的 。 这 些微 生物 有 固氮 菌 、 蓝 绿营 和 根瘤 菌 等 。 它们 把 气态 氮 转 变 为 所 ,再 把 氨 氧 化 成 亚 硝 酸 盐 和 硝酸 盐 , 供 给 植物 利用 。 与 豆 科 植 物 共 生 的 根瘤 菌 的 固氮 能 力 很 强 , 据 测定 ,这 种 微生物 固 氮 量 最 高 每 公顷 可 达 350 公斤 。 大 气 层 中 的 闪电 和 宇宙 线 辐 射 , 能 把 气态 所 转变 成 氨 , 也 是 自然 固氮 的 途径 之 一 。 -进入 植物 体 的 硝酸 盐 和 铵 盐 , 与 植物 体 中 的 碳 结合 ,形成 氨基 酸 ;进而 形成 蛋白 质 和 核酸 ,这 些 物 质 再 和 其 它 化 合 物 共 同 组 成 植物 有 机 体 。 当 植 物 被 消费 者 采 食 后 , 氮 随 之 转 人 并 结合 在 动物 的 机 体 中 。
动 ,植物 死 后 ,机 体 中 的 蛋白 质 被 微生物 分 解 成 简单 的 氨 基 酸 ,进而 被 分 解 成 氨 ` 二 氧化 碳 和 水 ,返回 环境 中 去 ,这 一 过
图 2-23” 氮 循环
e 53 。
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(图 2-23), | “ied 在 这 一 循环 过 程 中 ， 所 有 一 定 损失 ， 氨 的 散 朱 量 因 地 而
元 ,在 缺 氧 的 条 件 下 , 氨 将 被 还 原 成 气态 氮 而 返回 大 气 圈 。 这
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图 2-24 生物 圈 内 生态 系统 的 物质 循环 示意 图
种 反 硝 化 作用 在 北极 冻 原 、 多 水 的 沼泽 和 地 下 深层 缺 氧 的 条 件 下 进行 得 比较 强烈 。
当 人 类 开展 固氮 之 前 ， 自 然 界 中 生物 的 硝化 过 程 和 反 硝 化 过 程 可 能 处 于 平衡 状态 。 但 是 ,由 于 近代 工业 的 发 展 , 人 们 采用 工厂 来 进行 固氮 。 1968 年 全 世界 的 工业 固氮 量 为 3000 万 吨 ; 估 计 到 2;000 年 ,可 能 超过 一 亿 吨 。 人 类 每 年 把 这 么 多 的 氮 投 大 生物 圈 中 ;参加 氨 的 循环 ,用 以 维持 人 口 对 粮食 日 益 增长 的 需要 ;这 也 给 研究 氮 循环 及 其 平衡 带 来 了 新 课题 。
植物 需要 的 大 量 元 素 中 还 有 硫 和 磷 , 及 微量 元 素 ,关于 它 们 在 生物 圈 中 的 循环 过 程 就 不 一 一 介绍 了 (图 2-24)。 生态 系统 的 物质 循环 规律 告诉 我 们 ， 要 想 使 生态 系统 维 护 相 对 稳定 ,保持 动态 平衡 ,最 基本 的 二 条 就 是 你 从 生态 系统 中 拿 走 的 物质 ,还 应 在 适当 时 机 归还 给 它 。 生 态 系统 虽然 不 是 一 个 只 入 不 出 的 “剥削 者 ”, 但 也 绝 不 是 一 个 “慷慨 的 施主 "。 人 们 必须 和 生态 系统 保持 “等 量 交换 ”的 原则 。 如 果 某 些 元 素 长 期 人 不 数 出 ,势必 引起 生态 系统 的 退化 ,甚至 瓦解 。
(四 ) 生态 系统 中 的 信息 传递
目前 认为 在 生态 系统 中 ,除了 能 量 交换 和 物质 循环 以 外 ， 还 有 一 个 信息 流 。 生 态 系统 中 有 机 体 之 间 的 这 种 信息 传递 也 是 多 种 多 样 , 有 强 有 弱 。 这 学 信息 起 着 把 系统 中 各 个 组 成 部 分 联 成 一 个 整体 的 作用 。
1. 物理 信息
声 、 光 、 颜 色 等 是 生态 系 绕 的 物理 信息 。 如 青蛙 的 鸣 声 ， 鸟 的 喀 叫 ,蝴蝶 的 飞舞 , 花 的 颜色 等 都 起 着 吸引 异性 、 种 间 识 别 、 威 吓 、 警 告 等 信息 作用 。 昔 火 虫 通过 闪光 来 识别 它 的 同 伴 ， 红 三 时 草花 的 色彩 和 形状 正 是 传递 给 当地 土 蜂 和 其 它 昆
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虫 的 物理 信息 ( 据 林 英 1979)。 2. 化 学 信息
生物 代谢 产生 的 物质 ,如 酶 .维生素 、 生 长 素 `, 抗 苗 素 、 性 诱 激素 等 均 属于 传递 信息 的 化 学 物质 。 虽然 其 量 不 多 , 但 作 为 信息 传递 却 深 深 地 影响 着 生物 种 间 与 种 内 的 关系 s 有 的 相 Avil, 有 的 相互 促进 , 有 的 相互 吸引 有 的 相互 排斥 。 近年 来 , 关于 化 学 信息 的 研究 颇 有 进展 。 如 研究 了 草原 土 妈 蚁 的 呀 觉 特别 敏感 的 原因 。 又 如 昆虫 之 间 都 存在 着 相互 联系 的 方 式 ,以 保证 它们 “有 条 不 雍 的 集体 劳动 ,齐心 协力 的 抵御 外 敌 ”， 以 致 肉 雄 配 对 , 繁 延 后 代 。 有 人 把 这 种 联系 方式 咀 做 “气味 语 言 ”。 经 研究 , 证 明 这 种 信息 是 化 学 物质 , 把 它 称 做 信息 素 。 昆虫 的 信息 素 种 类 很 多 ,， 有 报警、 集合、 食物、 性 信息 素 等 。 生态 学 家 曾 利用 性 信息 素 成 功 地 诱杀 农业 害虫 |
3. 营养 信息
食物 和 养分 也 是 一 种 信息 。 例 如 ,田鼠 是 老 认 的 食物 , 田 鼠 便 是 老 订 的 营养 信息 。 田鼠 多 的 地 区 老鹰 也 多 , 田鼠 少时 DURE Bet CEI CMTE 7
4. 行为 信息
同一 种 群 中 ， 隔 个 个 体 相遇 时 ， 表现 出 有 趣 的 行为 信息 ， 可 能 是 识别 、 威 吓 或 挑战 的 信号 。 例如 ， 典 型 草原 鸟 一 Hh BS. AIL" 敌情 时 , 雄 鸟 急速 起 飞 , 扇 动 两 村 ,给 孵 卵 的 歇 鸟 发 出 信号 。 不 同 种 之 间 , 也 同样 有 行为 信息 的 表现 。
总 之 ， 生 态 系统 确实 有 巧妙 的 信息 传递 ， 形 成 一 个 信息 流 。 但 是 目前 科学 上 只 是 模糊 地 了 解 一 些 现象 , 对 其 实质 尚 不 清楚 。 而 信息 流 对 探讨 种 内 或 种 间 关 系 上 是 有 重要 意义 的 ,这 是 一 个 有 待 开 拓 的 广阔 而 次 议 的 课题 。
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第 三 章 ， 生 态 系统 的 主要 类 型
生物 圈 是 地 球 上 最 大 的 生态 系统 。 根据 环境 特征 ,首先 可 以 把 它 分 为 陆地 生态 系统 和 水 域 生 态 系统 两 大 类 。 其 中 陆 地 生态 系统 占 地 球 总 面积 的 1/3。 水 域 生态 系 统 占 2/3。 陆 地 上 生态 环境 变化 很 大 ， 生 物 群 落 种 类 很 多 ,两 者 相互 结 合 , 形成 了 多 种 多 样 的 各 级 生态 系统 。 水 域 生 态 系统 面积 虽 大 ， 由 于 各 地 水 体 的 物理 ,化 学 条 件 相 对 均一 ,次 级 生态 系统 的 类 型 远 不 及 陆地 那样 丰富 多 彩 。
自从 地 球 上 上 出现 人 类 以 来 , 随 着 社会 的 发 展 , 由 采 食 野 果 和 狩猎 野兽 , 转 人 农业 生产 ,这 是 一 次 巨大 的 飞跃 。 随 着 社会 生产 力 不 断 提高 , 村 镇 、 城 市 和 农田 面积 日 益 扩 大 ， 农田 与 城 市 又 成 为 一 类 独特 的 生态 系统 , 就 是 人 工 生 态 系统 (图 3-1)。
一 ”陆地 生态 系统
大 陆 , 幅 员 辽 阔 。 从 炎热 多 雨 的 东道 到 气候 严寒 的 两 极 ; 从 气候 温润 的 近海 地 区 到 大 陆 内 腹 的 干燥 警 并， 生态 环境 极 为 复杂 ;因而 形成 了 各 种 各 样 的 陆地 生态 系统 。
绿色 植物 是 生态 系统 的 生产 者 ， 也 是 生态 系统 的 核心 。 根据 植物 群落 的 性 质 和 结构 区 分 出 森林 生态 系统 、 草 原生 态 系统 、 苑 并 生 态 系统 和 冻 原 生态 系统 等 等 ,它们 的 组 成 、 结 构 、 第 一 性 生产 的 速率 及 净 第 一 性 生产 量 、 能 量 流 动 和 物质 循环 的 特点 , 均 差 别 很 大 s 其 中 ,森林 生态 系统 垂直 厚度 最 大 ,生物 种 类 最 多 ,生物 生产 量 最 高 。 例 如 ,热带 雨林 生态 系统 的 地 上
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部 分 与 地 下 部 分 ,垂直 厚度 约 在 100 KWL JLPEMRER 系统 的 20 倍 (图 3-2)。
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图 3-2 主要 陆地 生态 系统 占据 空间 的 高 度 模式 图
(—) 和 森林 生态 系统
森林 生态 系统 占 世 界 陆地 面积 的 22%, 我国 现 有 森林 面 RRA 18 亿 亩 , 占 全 国 总 面积 的 12.7 多 。 森 林 生 态 系统 的 生 产 者 包括 乔木 `\ 灌 木 以 及 和 它们 相 适 应 的 草本 \ 苔 伦 、 地 衣 , 其 中 木 本 植物 是 建 群 者 ,主要 的 生产 者 。
森林 生态 系统 分 布 在 湿润 和 半 湿 润 气候 地 区 。 湿 度 是 树 木 生 长 的 重要 生态 因素 。 在 湿度 小 的 干旱 和 半 王 旱地 区 , 森 林 难 以 生长 ,被 草原 和 莹 蛮 所 代替 。
© 59 。
在 湿度 适宜 的 条 件 下 , 热量 的 多 少 , 生长 季节 的 长 短 , 又 决定 着 森林 生态 系统 的 结构 成 分 、 能 量 流 动 和 物质 循环 的 速 率 以 及 生物 生产 量 的 高 低 。 根据 这 些 特 征 , 森林 生态 系统 可 划分 出 一 系列 不 同 的 类 型 。
例如 , 在 赤道 及 其 邻近 地 区 , 终年 高 温 多 雨 ， 植物 全 年 可 以 生长 , 形成 了 高 大 茂密 的 热带 雨林 生态 系统 5 由 于 受 季风 的 影响 ， 在 南北 纬 25 一 35。 的 地 区 ， 最 冷 月 气温 仍 在 0*c 以 上 ,出现 了 亚热带 常 绿 阔 叶 林 生 态 系统 。 到 了 温带 更 区 ,四 季 分 明 , 有 一 个 或 长 或 短 的 冰冻 期 , 在 这 个 时 期 植物 停止 活动 ， 进入 休 眼 状态 , 形成 了 温带 落叶 冰 时 林 生 态 系统 。 在 高 纬度 的 亚 寒带 ,冬季 漫长 ,温度 又 低 , 落 叶 阁 叶 林 被 针 时 林 代 替 , 这 就 是 亚 寒带 针 叶 林 (或 称 为 北方 针 叶 林 ) 生 态 系统 。 在 近 极地 地 区 ,虽然 那里 温度 大 , 终 因 气 温 过 低 , 风 力 过 强 , 林 木 已 不 能 生长 ,形成 环 极 的 冻 原 生态 系统 。 森 林 生 态 系统 的 种 类 较 多 ， 不 能 一 一 介绍 ， 下 面 仅 以 热带 雨林 生态 系统 和 温带 阔 叶 混 交 林 生 态 系统 为 例 , 作 一 概略 说 明 。
1. 热带 雨林 生态 系统
主要 分 布 在 赤道 及 其 两 侧 大 约 南 、 北 结 20" 以 内 的 地 区 。 例 如 , 巴西 的 亚马逊 河流 域 , 非洲 的 刚果 河流 域 , 印尼 及 马 来 半 岛 等 地 。 我 国 也 有 热带 雨林 , 属于 亚洲 热带 雨林 的 北 部 边缘 ,面积 较 小 ,仅见 于 海南 岛 东部 、 云 南 南部 和 福建 、 台 ; 等 地 。 热带 雨林 分 布 的 地 区 ,终年 气温 很 高 ,年 平均 气温 在 一 scl lk, 年 平均 降水 量 多 在 2,000 一 4,000 毫米 以 上 上 ， 各 月 降水 均匀 ， 相 对 湿度 较 高 ， 是 地 球 上 水 热 条 件 配 佑 最 好 的 地 高 温 多 混 的 环境 ,给 植物 的 生长 发 育 提供 了 有 利 的 条 件 <
° 60 。
在 热带 雨林 生态 系统 中 ， 第 一 性 生产 者 一 绿色 植物 种 类 丰 富 。 如 在 巴西 , 八 平方 公里 范围 的 热带 雨林 中 有 400 种 乔木 。 在 菲律宾 1,200 平方 米 的 面积 内 。 高 度 在 3 米 以 上 的 树木 有 890 株 , 这 些 树木 分 属于 120 个 科 。 我 国 云南 省 西双版纳 热 带 雨 林 中 ;在 2,500 平方 米 的 面积 内 就 有 高 等 植物 130 种 , 而 整个 欧洲 的 乔木 和 灌木 一 共 才 有 250 种 ,相差 多 么 悬殊 啊 !
组 成 热带 雨林 的 树林 , 不 但 种 类 多 ,而 且 高 大 通 直 , 一 般 在 40 一 60 米 ,高 者 在 100 米 以 上 。 乔 木 有 发 达 的 板 状 根 和 支 柱 根 。 还 有 丰富 的 芯 示 植物 ,最 长 者 达 300 多 米 , 交 错 缠绕 在 乔 林 之 间 和 树冠 之 上 。 和 树木 高 矮 不 一 , 林 冠 参差 不 齐 , 层 次 不 分 明 ，, 结 构 十 分 复杂 。
由 于 林 冠 层 厚 而 且 郁 闭 , 林 内 阴 湿 , 附 生 植物 和 寄生 植物 也 非常 丰富 ,如 兰 科 \ 天 南星 科 \ 凤 梨 科 和 蕨 科 的 一 些 植物 , 生 长 在 树干 、 树 枝 和 树叶 上 ;形成 五 彩 宾 纷 的 空中 花园 ”。
我 国 云南 热带 雨林 常见 的 树木 主要 是 属于 梧桐 科 ， 无 串 子 科 , 龙 脑 香 科 , 肉 豆 节 科 的 一 些 常 绿 高 大 乔木 。
热带 雨林 全 年 可 以 进行 光合 作用 ,第 一 性 生产 量 高 ,估计 净 第 一 性 生产 量 为 11000 一 5;000 克 / 米 z。 干 物质 居 各 类 森林 生态 系统 的 首位 。 但 因 气 温 经 常 很 高 , 总 第 一 性 生产 量 用 于 呼吸 的 消耗 量 比例 也 很 高 , 加 上 植物 的 枯死 量 很 大 , Am, 成 长 量 相对 降低 ， 从 图 3-3 可 以 明显 地 看 出 热带 雨林 显著 低 于 温带 栎 树 幼林 的 成 长 量 。
在 热带 雨林 生态 系统 中 ,植物 性 食物 的 种 类 多 ， 数 量 大 ， 又 能 和 保证 全 年 供应 ,为 第 二 性 生产 提供 了 有 利 的 条 件 , 消 费 者 的 种 类 也 多 ,甚至 无 明显 的 优势 种 ,各 类 动物 之 间 的 食物 网 络 关系 极其 复杂 ， 处 于 同一 营养 级 的 动物 有 时 高 达 数 十 种 。 例 如 ,我 国 西 双 版 纳 的 热带 雨林 , 曾 见 到 在 一 株 盛 结果 实 的 榕树 LABOR MR ,长 吻 松 鼠 \ 树 网 等同 在 一 起 采 食 。 在 二
e 61 。
图 3-3 总 生产 量 的 分 配 比 1. 热带 雨林 2. ATER
PELBAORYL A LW RKAY MURAI eS bee Ee eS ARS OSE CEES SHAMS SUMLRERM Ro AMTEEWRRMSATO LE, AmeBAL A SHURE Sli, KAO RARE ME KE
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烙铁 头 蛇 等 等 。
树 栖 动物 丰富 ; TES REO EAE Ws ER aE Ao 如 青 锅 ` 金 猫 ` 药 猫 \ 丛 树 猫 ,对 和 云豹 等 。
生产 者 和 消费 者 种 类 如 此 丰富 ,构成 复杂 的 食物 网 ,能量 与 物质 流动 的 渠道 纵横 交错 ， 保 证 了 热带 生态 系统 具有 高 度 的 稳定 人 性。
充足 的 热量 和 丰富 的 降水 ,再 加 上 两 者 适当 的 配合 ,使 得 大 量 的 细菌 和 真菌 全 年 都 在 旺盛 活动 。 有 机 物 的 分 解 和 还 原 过 程 也 非常 迅速 。 虽 然 热 带 雨 林 每 年 动 \ 植 物 残 体 数量 很 大 ， 但 是 在 林 中 却 很 少见 到 这 些 残 体 堆积 。
热带 雨林 每 年 的 枯 枝 落叶 量 很 大 ， 如 我 国 的 热带 雨林 可 达 15407 /H 〈 干 重 )。 调 落 物 中 的 灰分 占 17%， 其 中 氮 占 1.59%， 氧 化 磷 (P05) 40.15%, Att A (K,0) 4 0.35%. 植物 每 年 每 亩 吸收 的 灰分 达 2477, 其 中 氮 21.7 斤 ， 氧 化 磷 2.2 斤 ,氧化 钾 5.1 斤 ; 其 中 氮 、 磷 、 钙 、 镁 的 生物 归还 率 都 相当 高 , 达 240 MU Eo
在 高 温 多 十 的 条 件 下 ,虽然 生物 循环 加 快 ,土壤 中 多 数 可 溶性 化 合 物 被 水 带 走 , 硅 酸 盐 类 矿物 强烈 分 解 , 硅 和 盐 基 遭 到 强烈 淋 失 ,粘土 和 次 生 矿物 不 断 形 成 , 铁 、. 铝 氧化 物 明 显 聚 积 ， | 于 是 形成 了 热带 雨林 特有 的 砖 红 壤 。
由 于 分 解 者 全 年 旺盛 活动 的 结果 ， 在 热带 雨林 生态 系 绕 中 ;能 量 流动 和 物质 循环 都 以 较 高 的 速率 进行 着 。
我 国 的 热带 雨林 盛产 珍贵 木材 、 经 济 树木 、 热 带 水 果 以 及 多 种 药材 。 例如 檀 木 、 柚 木 、 铁 力 木 .橡胶 ` 油 棕 、 可 可 咖啡 、 FAM SH RSE RAI BRSS. 由 于 热带 雨林 的 生 物产 品 异 常 丰富 ,所 以 ,长 期 以 来 人 们 对 热带 森林 资源 大 肆 开 发 ,每 年 取 自 系统 的 生物 量 远 远 超过 净 生 产量 。
在 古代 , 小 面积 的 刀 耕 火种 弃 耕 后 , 经 过 一 定时 期 , 生态
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系统 的 功能 可 自行 恢复 。 进 入 现代 ,由 于 大 面积 绩 林 垦殖 ,不 但 很 多 植物 失去 种 源 ,， 水土 流 失 也 十 分 严重 。 有 大 估计 ， 目 前 ， 世 界 的 热带 森林 每 分 钟 以 10 一 16 公顷 的 速度 被 人 类 绩 坏 。 照 这 样 下 去 ,到 本 世纪 末 , 热 带 森 林 将 有 可 能 从 地 球 上 消 失 。 我 国 的 热带 雨林 近 十 多 年 来 也 遭 到 了 严重 破坏 。 如 何 解 决 这 一 世界 性 的 生态 学 问题 ， 是 当前 热带 雨林 生态 系统 面临 的 重要 课题 。
2. 温带 森林 生态 系统
温带 森林 生态 系统 包括 落叶 阔 叶 林 和 针 、 阔 叶 混 交 林 。 主要 分 布 在 欧 亚 大 陆 的 两 侧 和 北美 洲 的 东北 部 1 我 国 集中 在 东北 和 华北 东部 地 区 。 这 里 四 季 分 明 , 有 一 个 或 长 或 短 的 冬 季 , 北 部 还 有 一定 的 积 雪 。 但 是 , SERENA, ERE 500 一 800 毫米 ,多 数 降 在 夏季 , 湿度 较 大 ,适宜 一 些 落 时 间 叶 树 和 针叶树 生长 。
壳 斗 科 植 物 ， 特 别 是 各 种 梓 树 和 某 些 针叶树 是 温带 森林 的 主要 树种 。 我 国 东北 东部 是 名 贵 树木 一 红 松 的 家 乡 , 树 高 达 30 米 ,胸径 可 达 1 KDE MEADE, 结构 比较 复杂 ; 二 般 有 2 一 3 个 乔木 层 1 一 2 NEA, 1-2 RAB 面 还 有 一 个 地 衣 苦 花 层 。
温带 阔 叶 林 生态 系统 冬季 停止 第 二 性 生产 。 但 是 夏季 水 热 适 宜 ,第 一 性 生产 的 速率 高 ,每 年 每 平方 米 净 第 一 性 生产 量 为 600 一 3,000 克 ，, 平 均 为 1,300 克 / 米 :左右 。 据 美国 的 资料 ， 由 糖 枯 、 黄 桦 和 山 毛 样 组 成 的 一 块 50 一 60 年 的 次 生 阔 叶 林 ， 年 着 第 一 性 生产 量 达 4,680 千 卡 / 米 2/ 年 ， 约 为 天 阳 辐 射 能 总 量 的 0.4 免 ,其 生产 量 接近 热带 雨林 (图 3-4)。
这 一 地 区 获得 的 太阳 能 总 量 为 1254000 千 卡 / 米 2 年 ，
植物 总 第 一 性 生产 量 为 10,400 于 卡 / 米 */ 年 ， 占 总 能 量 的
(0.8% &, 其 中 , 被 森林 植物 用 于 呼吸 消耗 的 能 量 占 固定 太阳 能 量 的 55%, 所 余 45% 的 能 量 为 净 第 一 性 生产 量 ， 约 有 4,680 千 卡 / 米 2/ 年 , 即 占 全 年 太阳 能 总 流 人 量 的 0.4% KER 次 生 阔 叶 林 位 于 美国 东北 部 ;生长 期 在 6 一 9 月 ,此 期 间 , 太 阳 辐射 总 量 为 480,000 干 卡 / 米 ?, 净 第 一 性 生产 量 约 占 同期 辐射 总 量 的 10 匈 ， 这 已 经 是 相当 高 的 转化 速率 了 。
第 一 性 生产 用 于 蒸发 、 蒸 腾 的 能 量 占 相 当 大 的 比例 。 仅 生长 期 蒸发 、 蒸 腾 的 水 量 就 有 34.2 厘米 ,消耗 总 能 量 为 200,000 千 卡 / 米 ?, 占 同期 太阳 辐射 总 量 的 42% 左右 。
净 第 一 性 生产 量 的 74.3 儿 中 ， 有 3,481 干 卡 / 米 2/ 年 转 人 食物 链 中 ,而 净 第 一 性 生产 量 的 25.6 勇 ; 约 1,199 千 卡 / 米 2/ 年 的 能 量 以 生物 活 质 贮存 在 植物 的 地 上 和 地 下 部 分 。
林 中 的 毛虫 \ 鹿 、 雪 免 、 小 松鼠 和 鼠 类 , 采 食 种 籽 和 叶 禾 ， 毛虫 平均 消耗 量 可 占 种 籽 和 叶 往 1,505 干 卡 / 米 2/ 年 的 1 匈 , 当 毛虫 爆发 性 增长 的 年 份 ,消耗 量 可 高 达 40% 以 上 。
芒 类 是 林 中 昆虫 的 控制 者 , 它 主 要 捕食 昆虫 , 约 占 总 采 食 Bi 81 多 ,其 余 则 为 草食 性 食物 一 一 植物 种 子 。 仲 夏 时 每 10 公顷 有 岛 322 只 , 仲 冬 的 留 岛 仅 14 只 , 每 年 同化 量 为 5.24 $F 林 / 米 z/ 年 s
各 种 鼠 类 不 但 吃 植物 的 枝叶 和 种 子 ， 还 捕食 枯 枝 落叶 层 HWS, 以 及 摄取 鸟 蛋 和 幼 鸟 。 它们 消费 的 能 量 估 计 为 11.1 千 卡 / 米 2/ 年 。 其 中 , 因 松 鼠 种 群 密度 大 , 体 躯 也 较 大 ,因而 ,消费 的 能 量 多 出 3 REAL
在 平常 的 年 份 里 , 净 第 一 性 生产 量 的 75 匈 进入 残 体 食物 链 中 , 估计 总 能 量 为 3.505 千 卡 / 米 2/ 年 。 其 中 , 38% 为 森林 AED KE 37% 是 来 自 死 的 根系 。 这 些 能 量 被 真菌 和 细菌 URS MES KI, Plu, 原生 动物 、 千 足 虫 和 某 些 昆虫 的 幼虫 所 消耗 。 这 些 消 费 者 又 被 食肉 状 椎 动物 ,例如 购 购 、 嵘 蚌
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动物 图 3-5 北美 阔 叶 林 中 的 食物 网
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和 鸟 类 吞食 。
能 量 在 这 一 森林 生态 系统 食物 网 中 的 各 个 营养 级 间 转 移 `\ 蕾 积 和 访 动 如 图 3-5 所 示 , 对 维护 系统 的 稳定 性 具有 重要 作用 。
我 国 东北 的 落叶 阔 叶 混交 林 生 态 系统 的 情况 和 北美 洲 有 很 多 相似 之 处 。 生 产 者 , 包括 落叶 赣 叶 树 ， 如 桦 树 、 根 树 、 栓 树 , 械 树 等 ;以 及 一 些 名 贵 针 时 树 ,* 如 红 松 各 种 云 杉 和 落叶 松 等 。 草食 动物 种 类 多 BRERA, SEARS ER HER 和 灰 鼠 等 郧 此 类 动物 ,还 有 东北 兔 和 梅花 鹿 、 马 鹿 和 狗 子 。 小 NADA SHRM: 大 型 肉食 兽 有 东北 虎 和 狂 狸 。 杂 食 动 物 黑 能 、 棕 能 和 野猪 数量 也 不 少 。 鸟 类 以 柑 鸡 、 蜡 嘴 、 吃 木 鸟 和 野鸡 等 比较 稼 见 。
松鼠 以 松树 种 将 为 主食 ,因而 ,松树 的 结实 量 直 接 影响 松 鼠 种 群 的 消长 5 从 图 3-6 可 以 清楚 看 到 松鼠 个 体 数 与 松树 结 实 量 的 关系 十 分 密切 。 每 当 松树 结实 量 大 的 年 份 ,由 于 食物 丰 富 , 松 鼠 繁殖 加 快 ,在 第 二 、 第 三 年 进入 繁殖 高 峰 。 每 逢 小 年 ， 因为 松树 籽 减 少 , 松 鼠 个 体 大 量 减 少 , 并 在 开 年 出 现 低 值 。 可
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(3 MSSBN ws)
1930 1935 1940 0 年 代
图 3-6 松鼠 个 体 数 与 松树 种 籽 量 的 关系
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DET RL Sit, BRUNA sm HR RRS IN 于 是 ,松鼠 因 被 黄 鼠 狠 大 量 捕食 而 减少 ,导致 松树 种 子 被 食量 也 减少 , 松树 得 以 正常 更 新 。 黄鼠狼 的 种 群 大 小 又 受 紫 狠 等 其 它 肉食 兽 类 制约 吃 与 被 吃 的 关系 如 此 十 分 复杂 < 图 3-7 表 明 我 国 温带 针 阔 叶 混交 林 生 态 系统 中 一 个 简化 了 的 食物 网 。
温带 阔 叶 林 和 针 、 阔 叶 混 交 林 通过 根系 从 土壤 中 摄取 营 养 物质 ,一 部 分 伴随 树 液 的 蒸腾 而 残留 在 树冠 和 叶 面 上 ;被 十 水 淋 洗 返 回 土壤 ， 当 年 可 以 参 人 新 的 循环 之 中 ; 大 部 分 营养 物质 保留 在 植物 的 各 个 器 官 中 ;经 过 一 段 时 期 以 后 ; 随 着 叶片 凋落 、 树 皮 脱落 和 植物 死亡 ,经 过 分 解 者 分 解 ,再 次 释放 出 来 ; 重新 参加 营养 物质 的 循环 过 程 ; 还 有 一 部 分 营养 物质 以 有 机 物 的 形式 在 食物 网 沿 营养 级 逐 级 传递 ,各 级 消费 者 死亡 后 ,经 过 分 解 再 返回 土壤 中 。
比利时 的 一 块 温 带 样子 - 梓 树 混交 林 的 研究 资料 表明 , 生
长 季节 该 混交 林 从 每 公顷 土壤 中 吸收 的 营养 元 素 : IA 斤 , 镁 14 公斤 , 磷 8 公斤 , 钾 66 公 斤 , 拓 99 公斤 。 澳 中 ;大 约 有 近 半 数 的 营养 物质 贮存 在 植物 体 中 ， 另 一 半 通 过 枯 校 落叶 返回 土壤 ,其 中 , 钙 52 A BO AA EAA RAS AST AN :
树木 吸收 的 营养 元 素 ， 一 部 分 通过 雨水 淋 洗 从 树冠 返回 土壤 , 这 一 数值 从 表 3-1 中 可 以 清楚 地 看 出 。
不 同类 型 的 森林 生态 系统 ， 其 曹 养 物 质 循环 的 规模 和 速
度 是 不 同 的 ,这 取决 于 很 多 因素 : 土壤 营养 元 素 的 含量 ,树种
的 生态 特性 和 气候 的 水 热情 况 等 等 。
表 3-2 说 明 松 树林 营养 元 素 吸收 量 , 贮 留 量 和 返回 量 仅仅
是 梓 树 林 的 ite , 可 见 ; 松树 林 物 质 循 环 可 以 在 较 低 的 水
平 上 进行 ,从 而 ,保证 了 松树 林 婚 或 在 将 薄 的 土壤 上 也 能 生存 。
° 68 «
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69 。
表 3-1 无 林地 降水 和 林内 降水 中 营养 元 素 的 浓度 (公斤 /公顷 /年 )
无 林地 降水 山 毛 梯 林 下 增加 量 松林 下 增加 量
表 3-2” 相 树 林 和 松树 林 生 态 系统 内 营养 元 素 的 贮存 量 (SP) 和 返回 量 (R) 〈 公 斤 / 年 /公顷 )
瑟 ,把 大 气 中 的 营养 元 素 淋 洗 到 森林 系统 中 ,这 是 来 自 其 它 生 态 系 绕 的 营养 物质 。 这 个 天 然 补给 量 , 各 地 差异 很 大 在 中 欧 和 西欧 , 据 估 计 每 公顷 可 获得 氮 9 一 15 公斤 WR 0.2 一 0.5 公斤 , 钊 1 一 4 AH, 钙 2 一 13 公斤 , 镁 0.5 一 5 公斤 。 SHEA
时 ， 经 过 土壤 疹 滤 和 地 表 运 流 还 要 从 系统 中 失去 一 部 分 营养
物质 ,这 项 支出 各 地 也 不 尽 相 同 。 有 人 估算 大 体 上 是 氮 2 一 18 公斤 , 磷 0.03 一 1.9 公斤 , 钾 2 一 13 公斤 , 钙 12 一 59 公斤, 镁 2—13 Ao
在 自然 条 件 下 ,森林 生态 系统 的 营养 物质 循环 是 开放 的 ， 通过 自我 调节 而 趋 于 动态 平衡 ， 森 林 的 生物 量 在 这 种 动态 平 衡 的 营养 物质 循环 中 不 断 地 积累 和 增长 。 但 是 ,人 类 利用 森 PK ,如 砍伐 树木 , 搂 邦 枯 枝 落叶 ,采集 野 果 和 狩猎 动物 等 ,必然 同 收获 物 一 起 从 系统 中 带 走 一 部 分 营养 物质 。 这 项 支出 量 的
© 70 。
—KDMARYRMRERARVA ADAM FEE 0 .合理 的 择 伐 和 科学 的 轮 伐 , 带 走 的 营养 物质 不 多 , 原 有 的 物质 循环 不 但 可 以 继续 维持 下 去 ， 而 且 由 于 择 伐 和 抚育 采伐 提高 。
反之 ; 若 采 用 大 范围 尼 伐 的 掠夺 式 经 营 方式 ,由 于 大 量 营 养 物质 突然 从 系统 中 被 取 走 ， 势 必 造 成 物质 循环 水 平 大 幅度 TH, 甚至 中 断 。 巨 量 的 物质 消耗 不 可 能 通过 系统 的 自我 调 节 而 补充 ,继续 下 去 ,物质 循环 失去 平衡 ,生态 系统 趋向 衣 泪 ， 古今 中 外 不 乏 其 例 。
恩格斯 在 一 百 多 年 前 就 已 警告 我 们 :“ 美 索 不 达 米 亚 、 希 腊 , 小 亚细亚 以 及 其 他 各 地 的 居民 ,为 了 想得到 耕地 把 森林 都 砍 完了 ， 但 是 他 们 却 梦 想不到 这 些 地 方 今天 竟 因 此 成 为 东欧 不 毛 之 地 璧 自 然 辩证 法 ?第 146 页 ,人 民 出 版 社 , 1962 年 )。 我 国 的 黄土 高 原 、 辽 宁 西 部 的 丘陵 地 也 近似 美 索 不 达 米 亚 等 地 了 。 Ate. 大 们 并 没有 从 这 些 事例 中 吸取 应 有 的 教训 。 在 今日 ,世界 的 一 些 林 区 (包括 我 国 的 一 些 地 方 在 内 ) ,仍然 在 向 着 美 索 不 达 米 亚 HES
还 应 指出 ,森林 生态 系统 的 枯 枝 落叶 层 也 是 一 个 重要 的 营养 物质 库 , 它 不 但 可 以 董 水 保 土 , 减少 营养 物质 外 流 , EB 是 很 多 动物 和 分 解 者 的 栖息 地 。 通过 这 些 生物 的 作用 ，, 营养 物质 从 有 机 物 的 蔡 杀 中 释放 出 来 ,重新 进入 物质 循环 中 ,被 树 木 再 度 利用 。
有 人 把 利用 枯 校 落叶 和 利用 木材 从 生态 系统 中 取 走 的 营 养 物质 做 一 比较 ,结果 如 表 3-3。
分 子 表示 枯 核 落叶 从 系统 取 走 的 营养 元 素 量 ， 分 母 表示 木材 从 系统 中 取 走 的 营养 元 素 , 商 表 示 相 差 倍 数 。 这 些 数值 告诉 我 们 ， 耗 损 枯 校 落叶 对 森林 生态 系统 的 营养 物质 循环 和
全
3-3 利用 木材 和 枯 枝 落叶 的 比较
土壤 肥力 危害 极 大 。 可 惜 , 直 到 今天 ,对 这 一 问题 的 认识 还 很 不 够 。 目 前 , 我 国 各 地 , 特别 是 一 些 烧 茶 缺 乏 的 地 区 ,随意 搂 邦 枯 枝 落 叶 的 现象 仍然 十 分 严重 。 看 来 在 我 国 的 条 林 法 中 写 上 保护 枯 术 落叶 的 条 文 是 十 分 必要 的 。
(=) 草原 生态 系统
全 世界 有 草原 450 亿 亩 ， 约 占 陆地 面积 的 24 免 。 在 欧 亚 大 陆 , 自 匈牙利 中 部 开始 ,向 东经 苏联 的 中 亚细亚 ` 西 伯 利 亚 ， 蒙古 人 民 共 和 国 到 我 国 的 内 蒙古 及 东北 大 平原 ， 形 成 一 条 宽 阔 的 草原 带 。 此 外 ，, 在 北美 中 部 、 南 美南 部 、 非洲 南部 和 澳洲 等 地 也 有 分 布 。
草原 地 区 气候 大 陆 性 较 强 ,降雨 量 较 少 ,一 般 在 250 一 450 © 毫米 ,并 且 变 率 较 大 。 蒸 发 量 往往 超过 降水 量 的 几 倍 。 但 是 ， 畏 朗 天 气 多 ,太阳 辐射 总 量 较 大 ,这 又 为 草原 地 区 的 第 三 性 生 产 提供 了 有 利 的 条 件 。 例 如 我 国 东北 草原 地 带 太 阳 辐 射 年 总 量 一 般 在 130 千 卡 / 米 % 年 以 上 s
构成 干草 原生 态 系统 的 生产 者 以 多 年 生 微 温 旱 生 条 草 为 主 , 优 势 植物 ,例如 针 茅 、 羊 茅 , 冷 葛 、 隐 子 草 和 羊 草 等 ,大 多 有 适应 干旱 气候 的 构造 , 如 叶片 缩小 , AREA, BARD
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草原 结构 不 如 森林 复杂 , 概 可 分 为 三 层 : BAB WHE 和 根 层 。- 草 未 层 的 高 度 和 盖 度 随 雨量 的 多 少 而 变化 。 我 国 东 北平 原水 分 条 件 较 好 ， 由 羊 草 和 贝加尔 针 茅 组 成 的 草 旬 化 草 - 原 , 草 高 50 一 60 BX, SE 70—80%; 内 蒙古 高 原因 降水 减 少 , 以 针 苞 为 主体 的 草原 , 草 高 只 有 30 一 40 厘米 , 盖 度 也 降低 % 40-60%
水 是 草原 生态 系统 第 一 性 生产 力 的 决定 因素 。 据 统计 ,全 世界 草原 净 第 一 性 生产 力 平均 为 500 克 / 米 2/ 年 。 水 分 不 足 的 温带 干旱 地 区 在 100 一 400 克 / 米 2/ 年 左右 ， 亚 热带 水 分 充足 的 草地 , 可 提高 到 600—1,500 克 / 米 2 年 ,新西兰 的 常 绿 草地 高 达 3,200 克 / 米 2/ 年 ,是 草原 生产 力 的 最 高 纪录 。
开阔 的 草原 ,适宜 善于 奔跑 的 大 型 草食 动物 生活 ,如 野 和 黄 羊 。 营 洞穴 生活 的 咕 齿 类 种 类 很 多 ,有 田鼠 ` 黄 鼠 , 旱 猎 、 鼠 兔 和 内 和 鼠 等 , 其 中 , 田鼠 有 的 年 份 出 现 很 高 数量 的 种 群 , 洞 穴 密 集 , 有 些 地 块 每 公顷 高 达 3,000 一 6,000 个 草食 性 的 草 免 及 蝗虫 数量 也 很 大 。 肉 食 动 物 有 沙 狐 、 融 和 狼 。 鸟 类 中 有 云 省 v 百 灵 、 黄 胸 殉 、 毛 腿 沙 鸡 和 地 竟 等 。 其 中 有 的 栖 居 于 鼠 洞 Zh WRAL SRA”. 肉食 猛 含 有 订 、 华 和 更 等 。
种 类 丰富 的 各 级 消费 者 ,组 成 的 食物 链 也 不 止 一 条 ，, AY =, &. 鼠 等 草食 动物 经 常 被 食肉 者 狼 和 狐狸 所 捕食 ,而 沙 狐 AAU. SRR RRC, ARERR MBH ICE, 蛙 吃 蝗虫 , 蛇 吃 蛙 , 鹰 吃 蛇 等 等 。 多 条 食物 链 交织 成 复杂 的 食物 网 。 图 3-8 是 一 个 简化 的 温带 草原 生态 系统 的 食物 网 。
草原 生态 系统 也 象 一 个 工厂 ， 工 厂 的 第 一 性 产品 是 青 草 , 但 是 人 类 需 用 的 不 是 草 的 本 身 , 而 是 草 的 再 次 加 工 产品 ， 即 生态 系统 的 第 二 性 产品 。 如 肉 、 奶 、 毛 、 皮 和 其 它 冀 产 品 。
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因此 ,我 们 既 要 注意 青草 对 太阳 能 的 转化 率 ,还 要 重视 草原 第 二 性 生产 率 的 提高 。
东北 草原 太阳 辐射 总 量 为 130 和 斤 卡 / 悍 米 2 年 , 这 是 草原 生物 生产 的 能 量 基础 。 PA, 牧草 在 浊 行 第 一 性 生产 时 可 以 利用 多 少 太阳 能 呢 ? +hERN AE 生长 期 200 天 ,每 年 割 章 四 次 ,每 天 每 平方 米 承受 3.000\ 千 卡 / 米 2/ 且 的 能
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量 ， 据 测试 草地 仅 吸收 一 半 左 右 ， 经 光合 作用 固定 于 干 物质
Hh, 最 后 供 作 饲 草 用 的 部 分 仅 为 太阳 能 的 0.77%。 图 3-9 这 个 数字 比 天 然 草地 的 太阳 能 利用 率 0.1% 高 七 倍 左右 。 第 一 性 生产 是 增加 第 二 性 生产 一 一 畜产 品 的 物质 基础 ， 是 提高 草 原生 产 力 的 关键 , 核心 问题 是 多 固定 一 些 太阳 能 。 改善 草地 结构 ,适当 增加 层次 ,加 大 叶 面 积 指数 , 选 育 光 合作 用 能 力 高 ， spo onan iti 都 可 以 提高 对 光 能 的 利用 率 。
| iain amas eS (0.257: —— i ictal . 光合 作用 0.55) 草地 吸收 fees hs 有 效 作 用 1650 720 ae ee 95% pe 访 。 透 入 地 面 Bak AN- eet seer Soe a : 摄 入 家 言 体内 < 一 ser a 从 Fr 1 a 1.557 REE herd iceman ct 0.25 ie 0 四 Rave BLOT
图 3-9 此 花 音 荐 人 工 草地 生态 系统 太阳 能 的 转化 过 各
人 饲 草 作为 第 二 性 生产 的 原料 ， 又 有 多 少 转化 为 肉 呢 3 还 以 紫花 曹 藉 为 例 ， 一 块 四 公顷 的 柴 育 获 的 产 草 量 可 喂养 4.5 头 幼 牛 ( 肉 用 牛 )。 牛 吃 了 这 些 草 以 后 ,转化 为 第 二 性 生产 的 产品 一 一 肉 的 能 量 为 119 x 10' 千 卡 ， 转 化 率 只 有 8 多。 A 此 ,要 想 增加 牛肉 产量 ,一 方面 要 提高 紫花 首 丈 对 太阳 能 的 转 化 率 , 另 一 方面 还 要 提高 牛 对 紫花 育 丈 的 转化 率 , 只 有 提高 了 这 两 个 转化 率 , 才 能 生产 出 更 多 的 奶 和 肉 。
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§.76 X 108 == = ee: 未 被 利用 ae ie 49.3 X 10° 49.5 X 1 3 的 植物 (13:8-x OE Fe 地 上 部 的 鲜 重 170 X 103 -一 一 一 呼吸 74.064—<———— 排泄 .250 .X 10?------ 田 饼 的 采 食量 {ARE 12, nae ee, 170<+—13, 500————— ;f AZ 田鼠 群 增加 1,569 黄鼠狼 有 Da 4 © anager 260—«<—— #F Ht. 55,8247 / FET es 130 黄鼠狼 的 生产 量 黄鼠狼 群 增加 117 分 解 者 分 角 者 的 吧 吸 < ae EH Ae
图 3-10 “兰草 草地 一 一 田鼠 一 黄鼠狼 的 食物 链
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天 然 草 原 的 食物 链 各 营养 级 的 能 量 转 化 率 远 不 如 紫花 彰
藉 一 一 肉 用 牛 食物 链 那样 高 。 图 3-10 表示 兰草 草地 中 兰草
-一 田鼠 一 黄鼠狼 食物 链 能 量 的 转化 。 这 是 高 利 Galley) 1960 年 在 美国 密 执 安 州 草原 撩 落地 的 研究 成 果 。
田鼠 是 该 草地 的 主要 草食 动物 ， 兰 草 净 生 产量 被 田 作 为 食物 吃 掉 的 仅 为 3 色 。 黄鼠狼 捕食 田鼠 , 田 记 生 物 量 (加 上 由 相 邻 生态 系统 迁 和 人) 中 的 63 % 黄鼠狼 不 能 消费 。 也 就 是 说 ， 一 年 只 有 37% 的 田鼠 被 吃 掉 , 这 一 数字 包括 未 被 吸收 的 物质 和 能 量 ， 因 为 动物 采 食 食物 的 能 量 并 不 是 全 都 转化 为 身体 的
化 学 能 , 有 一 部 分 食物 通过 消化 道 , MARE BRAM A,
归还 给 环境 。 同 化 于 体内 的 能 量 也 有 相当 大 一 部 分 因 呼吸 而 消耗 掉 。 于 是 每 一 营养 级 积累 的 总 能 量 非常 少 。 三 级 消费 者 一 一 黄鼠狼 积累 的 能 量 仅仅 是 兰草 光合 作用 固定 能 量 的 0.00029% 。
食物 链 的 能 量 损失 也 发 生 在 链 外 , 被 其 它 动物 吃 掉 。 如 # 3-4 可 见 有 24% 的 植物 被 其 它 动物 (昆虫 等 ) 吃 掉 , 而 不 是 被 本 食物 链 的 动物 一 一 用 鼠 吃 掉 。
草原 生态 系统 的 物质 循环 时 刻 受 着 人 类 的 影响 。 人 们 收 获 笋 划 和 畜产 品 , 把 营养 物质 带 出 草原 ,施肥 活动 又 把 一 些 营 养 元 素 归 还 给 草原 。 鞋 水 、 排 水、 灌溉 以 及 向 生态 系统 中 加 入 某 些 营养 物质 等 ,都 影响 物质 的 循环 。 氮 、 磷 、 钾 的 循环 速率 对 于 草原 生态 系统 的 生物 生产 甚 为 重要 。 草 原 的 所 主要 来 源 于 AAR, LPP KERS E EWE MRC ABE A 的 重量 220 公斤 /公顷 ,三 叶 草 120 一 135 公斤 /公顷 。 目 前 放 牧草 地 的 所 有 两 条 迁移 路 线 : 一 部 分 氮 进 入 牧草 ,被 家 畜 采 食 后 转移 到 奶 , 肉 、 毛 \ 皮 中 去 ;人 类 收获 牧草 和 畜产 品 把 这 一 部 分 氮 带 出 草地 ; 另 一 部 分 氨 通 过 家 畜 的 娄 便 排泄 物 和 牧草 的 残 体 还 原 到 土壤 中 。 有 的 资料 指出 ,牧草 每 年 从 土壤 中 吸收 五
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23-4 “兰草 一 一 田鼠 一 一 黄鼠狼 食物 链 的 能 流 〈 千 卡 / 公 顷 /年 ,太阳 光 能 为 43.1x10 FE)
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氧化 二 磷 (P05) 65 公斤 /公顷 。 和 牛 吃 牧草 , 假如 每 公顷 放牧 三 头 奶 牛 , 而 奶牛 的 牛奶 中 含 五 氧化 二 磷 15 公斤 ， 也 就 是 说 23% 的 磷 将 运 到 市 场 , 被 取 走 了 。 换言之 , 草地 生态 系统 一 年 从 土壤 中 吸收 的 五 氧化 二 磷 的 量 ， 约 四 年 多 一 点 ， 就 会 通 过 牧 划一 一 牛 一 一 生 奶 ,而 全 部 搬运 到 市 场 上 去 了 。 钾 也 同 样 ， 需 五 年 多 一 点 ， 钙 八 年 左右 。 因 此 ,放牧 草原 由 于 人 为 收 获 造成 的 营养 元 素 供应 不 足 ， 已 成 为 提高 生物 产量 的 限制 因 A. 近年 来 ,草地 施肥 日 益 增 多 , 施肥 可 保证 草原 生态 系统 物质 循环 正常 运行 ,是 提高 草原 生态 系统 生物 生产 力 的 必要 条 件 。
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地 球 上 的 水 域 , 包括 海洋 和 江河 湖泊 , 到 处 生存 着 生物 。 其 中 海洋 面积 最 大 , 约 为 36,100 万 平方 公里 , 古 地 球面 积 的 71% © 水 作为 生态 系统 的 环境 因素 ， 与 陆地 不 同 。 水 的 密度 大 于 空气 ,许多 小 型 生物 可 以 悬浮 在 水 中 ,借助 水 的 浮力 度 过 它们 的 一 生 。 水 的 比 热 较 大 (1 千 卡 /公斤 度 ), 导 热 率 低 , 因 此 ,水 体 增 温和 降温 都 比较 缓慢 , 水 温 稳定 ,不 会 出 现 陆地 那 样 激烈 的 温度 变化 。 水 的 密度 在 4%C 时 最 大 , 低 于 ACHE 度 反而 变 小 , 因此 , 水 面 结 冰 不 能 下 沉 , 4sc 的 水 体 下 沉 到 水 底 ， 使 那里 的 温度 始终 保持 在 冰点 以 上 ， 即 使 在 严寒 的 气候 下 ,水 生生 物 仍 可 以 在 冰 下 的 水 层 中 生活 ,不 致 冻 死 。
水 是 一 种 良好 的 溶剂 ， 它 有 很 高 的 溶解 性 能 ， 不 但 酸 、 碱 、 盐 可 以 溶解 在 水 中 , 一 些 有 机 物 也 能 溶解 于 水 , 这 就 保证 了 水 生生 物 得 以 正常 的 生长 和 发 育 。 但 是 , 水 环境 中 光照 较 弱 , 含 氧 较 低 ,常常 限制 了 水 生生 物 的 繁殖 生长 。
水 域 生 态 系统 包括 海洋 湖泊 和 河流 生态 系统 。
(—) HABEAS
简 言 之 ， 湖 泊 是 地 面 上 长 期 存 水 的 洼地 ， 湖 泊 的 水 流 很 慢 ,属于 静水 系统 , 湖水 的 更 换 率 一 般 为 几 十 年 直至 上 百年 。 湖泊 生产 力 的 大 小 取决 于 很 多 因素 ， 如 流 进 湖 泊 河 流 养 分 的 多 上 消 ` 湖 岸 的 组 成 与 倾斜 度 、 湖 泊 的 深浅 、 温 度 的 变化 及 湖泊 的 年 龄 等 等 。
温带 平原 乒 陵 地 区 的 湖泊 常 有 一 个 低 浅 的 沿岸 带 。 这 二 A WARS CRE, 氧气 充足 , 温度 又 高 , 营养 物质 丰
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富 。 因 此 , 洛 湖 浅水 带 集聚 着 大 量 的 植物 和 动物 。 其 中 ,水 生 绿色 维 管 植物 和 浮游 葵 类 等 生产 者 尤为 繁盛 。 由 湖岸 向 湖 心 的 方向 深入 ,植物 带 呈 同心 贺 状 分 布
1. 湿 生 沼泽 植物 带 是 由 莎 草 科 植物 构成 的 温 草 旬 或 短期 积 水 的 沼泽 。
2. 挺 水 植物 带
KA BOORMAN TERE A A Ee 水 面 。 常 见 有 芦苇 、 蒙 白 、 香 蒲 和 水 葱 等 BCRP AS oe 落 , 群 落 内 泽 游 藻类 和 译 游 动物 也 十 分 丰富 。
3. 浮 叶 植 物 带
随 着 水 次 的 增加 , SEK RR, PS IR 等 浮 叶 植物 代替 , 这 些 植 物 的 根 着 生 在 水 底座 泥 中 。 时 及 花 KH Eo
4. 沉 水 植物 带
再 往 深 处 ,植物 的 根系 扎 于 湖底 , 蔡 叶 和 花 全 部 都 沉浸 在 水 中 。 如 蔡 草 、 狐 尾 草 、 金 鱼 藻 等 。 有 时 在 水 面 上 有 浮 萍 和 无 根 萍 等 植物 , 覆盖 着 形成 密集 的 植被 , 使 湖 底 戎 蔽 , 是 各 级 消 费 者 喜 于 聚居 的 地 带 。
进入 湖泊 的 深水 区 ， 按 光照 强度 和 氧气 含量 分 为 表 水 层 和 深水 层 两 个 垂直 层次 。 表 水 层 光照 充足 ,温度 高 ,浮游 植物 及 其 它 自 养 生物 占 优 势 ,包括 硅 藻 、 绿 渡 、 蓝 藻 、 双 鞭 甲 苔 等 ， 它们 的 光合 作用 旺盛 。 表 水 层 中 氧气 含量 高 , 因此 吸引 了 许 多 消费 者 ,如 ,浮游 动物 中 有 原生 动物 \ 轮 虫 \ 枝 角 类 或 赔 足 类 等 。 而 浮游 生物 又 为 自 游 生 物 -一 各 种 鱼 类 提供 了 丰富 的 食
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饵 。 所 以 ,多 种 鱼 类 也 在 表 水 层 中 生活 着 。 深水 层 , 因 为 光线 微弱 ,不 能 满足 绿色 植物 光 侣 作用 的 需 要 , 所 以 深水 层 以 异 养 动物 和 嫌 气 性 细菌 为 主 。 异 养 动物 以 各 种 小 型 浮游 动物 为 食 饵 , 细 菌 则 分 解 沉 落 下 来 的 有 科 残 体 。 所 产生 的 无 机 物质 一 部 分 再 度 为 藻类 利用 。 因 此 , 表 水 层 和 深 水 层 存在 着 复杂 的 营养 关系 (图 3-11)。 湖泊 有 它 独 特 的 发 展 过程 。 从 产生 到 衰老 , 经 过 一 系列 的 发 展 阶段 ,最 后 ,由 水 域 生态 系统 转变 为 陆地 生态 系统 。 湖泊 形成 的 初期 ,植物 很 少 , 深水 层 中 有 机 物 分 解 过 程 微 弱 , 耗 氧 量 小 。 所 以 , 水 中 含有 大 量 氧 气 ， 湖 水 呈 青 蓝 色 。 这 种 营养 物质 少 、 生物 生产 力 低 的 湖泊 叫做 贫 养 湖 。 高 山地 区 和 水 温 较 低 的 深水 湖 多 属于 贫 养 湖 。 随 着 河流 不 断 向 湖泊 输送 养料 和 泥 砂 ,湖水 颜色 变 深 , 生 物种 类 和 数量 相应 增加 ,生物 生产 力也 随 之 增高 , 贫 养 湖 渐变 为 富 养 湖 。 富 养 湖 一 般 湖 带宽 , CRG, 有 根植 物 大 量 生长 ， 浮游 生物 繁盛 , 水 下 有 机 物质 丰富 , 分 解 者 的 作用 强盛 , 无 机 物质 也 多 ， 给 浮游 植物 提供 充足 的 养分 ,这 样 , 更 促进 自 养 浮 游 植物 大 量 发 展 ， 因 而 生物 生产 力 较 高 。 平 原 丘陵 地 区 的 湖 泊 往 往 是 富 养 湖 。 由 于 湖泊 光照 和 营养 充足 ,植物 生长 繁茂 ,有 机 残 体 在 湖 底 不 断 堆积 ,在 嫌 气 状态 下 不 能 充分 分 解 ， 逐 步 积累 成 泥炭 。 泥炭 增 厚 ,湖水 变 浅 ,湖岸 植物 带 不 断 向 湖 心 推移 。 湖 底部 沉 积 物 再 不 断 增 厚 , 终于 转变 成 沼泽 , 进而 沼泽 被 草 甸 代 替 , 最 后 演 蔡 成 与 当地 气候 条 件 相 适 应 的 森林 生态 系统 或 草原 ， 营 漠 生 态 系统 (图 3-12)。 湖泊 的 富 养 化 过 程 ， 正 是 湖泊 自身 的 演 共 过程 ， 也 是 它 的 自然 衰亡 过 程 。 此 过 程 进展 的 快慢 取决 于 很 多 因素 ,其 中 包 括 自然 因素 ,如 地 壳 的 升降 ,河流 的 堆积 ,生物 循环 的 速度 等 ，
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贫 养 湖 阶段 ，
富 养 湖 阶段
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图 3-12 “湖泊 生态 系统 的 演 营
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(=) 海 许 生态 系统
世界 的 海洋 是 一 个 连续 的 整体 , 主要 集中 在 南半球 。 大 平 洋 、 大 西洋 和 印度 洋 , 宛如 向 北 突出 的 三 大 海湾 , 北冰洋 是 大 西洋 的 附属 海 。 海 水 是 一 种 混合 液体 ,含有 多 种 溶解 固体 、 气体 和 少量 悬浮 的 有 机 物 以 及 无 机 固体 物质 ， 其 中 , 水 占 96.5 匈 ,还 有 氯 〈CD)、 钠 (Na), BE (Mg), BE (S)、 钙 〈Ca)、 $f (K) 等 的 化 合 物 , 溶解 的 气体 主要 有 氧 和 二 氧化 碳 。
尽管 海域 辽阔 广大 ,但 由 于 海水 富 于 流动 性 ,使 得 各 地 海 水 的 组 成 及 理化 特性 相差 不 大 。 因 而 ,海洋 环境 具有 一 定 的 均 一 性 和 稳定 性 ,海洋 生态 系统 远 不 如 陆地 生态 系统 那样 复杂 。
陆地 生态 系统 的 生产 者 主要 是 固着 生长 的 大 型 绿色 植 物 。 海 洋 生态 系统 则 是 由 体型 很 小 ,数量 极 大 、 种 类 繁多 的 浮 游 藻类 ( 单 细胞 植物 ) 所 组 成 。 它 们 直接 从 海水 中 摄取 二 氧化 碳 \ 水 和 各 种 无 机 养料 。 初 级 消费 者 也 以 体型 小 \ 种 类 多 的 浮 游 动物 为 主 。 海 洋 表 层 浮游 莹 类 的 生产 产品 几乎 全 被 浮游 动 物 所 消耗 ,运转 速度 快 ,利用 效率 高 。 根据 海洋 生态 系统 的 环境 特点 ,可 分 成 洲 海 带 (也 中 沿海 带 ) 和 外 海带 两 类 生态 系统 (图 3-13)。
浅海 带 包 括 自 海岸 线 起 到 200 米 深度 以 内 的 全 部 大 陆 架 。 这 里 接受 河流 带 来 的 大 量 有 机 物 , 水 中 光照 充足 ,温度 适 宜 ,海底 构成 复杂 ,有 石 质 、 沙 质 、 碎 层 以 及 泥 质 等 组 成 的 不 同 海底 生境 ,栖息 着 大 量 生物 ,是 海洋 生命 最 活跃 的 地 带 。
浅海 带 的 海底 生活 着 很 多 大 型 多 细胞 藻类 ， 如 石 范 、 海 带 、 裙 带 菜 以 及 紫菜 和 石花 菜 等 。 它们 固着 在 浅海 的 岩石 和
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其 它 物体 上 ,形成 水 下 植被 ,有 时 叫做 “海底 森林 ”。 浅 海带 的 - 底 栖 动 物 丰 富 , 有 软体 动物 ,棘皮 动物 , 腔 肠 动 物 ,环节 动物 等 。
浅海 带 还 生活 着 大 量 的 单 细胞 浮游 藻类 ,如 各 种 绿 菠 、 硅 营 和 双 凌 甲 藻类 等 等 ， 它 们 给 草食 性 浮游 动物 和 自 游 动物 提 供 了 丰富 的 饵料 。 浮 游 动物 的 模 足 类 , 自 游 动物 的 各 种 虾 ,以 及 各 种 各 样 的 鱼 类 构成 浅海 带 极其 复杂 的 食物 网 (图 3-14)。
浅海 带 的 生产 者 种 类 和 数量 十 分 丰富 ， 这 里 是 海洋 生态 系统 生物 生产 力 最 高 的 区 域 ， 净 第 一 性 生产 力 估计 在 200 一 600 克 / 米 ?/ 年 ,平均 350 克 / 米 2/ 年 。 在 河口 与 浅海 带 的 交界 地 区 ，, 净 第 一 性 生产 力 最 高 可 达 4;000 克 / 米 2/ 年 ， 平 均 也 有 2,000 克 / 米 ?7 年。 第 一 性 生产 力 高 给 第 二 性 生产 提供 了 雄厚 的 物质 基础 ,这 里 也 是 海洋 第 二 性 生产 力 最 高 的 地 区 ,世界 下 的 主要 渔场 几乎 都 座 落 在 浅海 带 。 每 年 从 这 里 捕捞 大 量 的 鱼 虾 及 其 它 海产 品 。
外 海带 ; 指 深度 在 200 米 以 下 的 远洋 海区 。 深度 一 般 在 2,000—4,000 米 , 世 界 最 深 的 马 立 亚 纳 海沟 深 达 11,036 米 。 根 据 海水 中 光照 的 强 绊 ， 把 外 海带 分 成 两 个 垂直 层 : 水 深 在 200 米 以 内 的 大 洋 表 层 和 水 深 在 200 米 以 下 的 大 洋 下 层 。
大 洋 表 层 , 特别 是 100 米 以 上 的 海面 层 , 光照 尚 充足 ,水 温 较 高 ， 生 活着 很 多 小 型 的 或 者 单 细 胞 的 浮游 藻类 和 浮游 动 物 。 这 里 的 净 第 一 性 生产 力 大 约 为 20 一 400 克 / 米 2 年。 几乎 外 海带 的 全 部 自 游 动物 , 如 乌贼 、 金 枪 鱼 、 飞 鱼 以 及 凶猛 的 获 鱼 和 哺乳 动物 中 庞大 的 鲸鱼 .还 有 大 型 的 爬行 动物 海龟 等 ,都 生活 在 这 一 带 内 。 !
阳光 只 能 透射 到 海水 的 浅 层 ， 到 200 米 的 深 处 已 经 是 一 PRET. 随 着 深度 的 增加 , 海水 压力 急剧 上 升 ， 每 下 伸 十 米 , 就 增加 一 个 大 气压 。 在 一 万 米 的 海底 ,压力 为 陆地 表面 的 一 千 倍 。 深水 层 的 温度 低 而 且 稳 定 , 从 年 都 在 020 左右 。
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绿色 植物 在 深水 环境 里 不 能 生存 。 但 是 , 一 直到 一 万 米 的 海 底 , 仍 发 现 有 动物 存在 。 这 些 动物 各 自 占 据 着 一 定 的 深度 ,分 层 生 活 , 并 塑造 出 一 系列 的 适应 特征 ,如 发 光 器 官 ,口腔 扩大 ， 身体 承 压 力 大 等 等 ,它们 都 属于 肉食 性 , 有 的 吞食 活动 物 , 有 的 专 吃 动物 的 尸体 。 下 层 动物 吃 上 层 动物 ,一 层 吃 一 层 , 形 成 一 条 长 长 的 食物 链 。 Ait 外海 不 论 是 表层 , 还 是 深层 , 食物 链 的 营养 级 都 不 低 于 4 一 5 级 。 海洋 生态 系统 的 分 解 者 主要 集中 在 海底 。 在 上 层 , 多 附着 在 水 中 的 颗粒 悬浮 物 上 。 这 些微 生物 除了 分 解 有 机 碎 属 及 生物 残 体外 ， 它 本 身 也 充当 某 些 动 物 的 食料 。 图 3-15 综合 示 出 海洋 生态 系统 的 浅海 带 和 外 海 带 中 各 类 生物 群 之 间 的 复杂 捕食 关系 。
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图 3-16 海洋 生态 系统 的 结构 与 生物 生产
海洋 生态 系统 的 初级 生产 者 和 初级 消费 者 多 是 单 细胞 的 浮游 生物 ,生活 周期 短 ， 过 转 周 期 也 短 ,， 生 物 残 体 分 解 速度 快 ， 如 浮游 植物 现存 生物 量 角 转 一 次 只 2 天 ， 评 游 动物 通 转 一 次 平均 为 60 天 ， 处 于 高 位 营养 级 的 凶猛 鱼 类 过 转 一 次 约
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二 年 (图 3-16)。 这 样 高 速率 的 物质 循环 在 其 它 生 态 系 绕 里 ”是 少见 的 。 陆 地 生态 系统 的 初级 生产 者 过 转 一 次 至 少 在 一 年 以 上 ,多 者 达 几 十 年 和 几 百 年 ,两 者 相差 相当 悬殊 。
当前 ， 人 类 对 陆地 生态 系统 的 利用 对 象 主要 是 初级 生产 者 一 一 植物 , 约 十 85 多 ,其 次 是 二 级 生产 者 一 -草食 动物 , 约 占 15 儿 ,肉食 动物 的 利用 则 密 密 无 几 。 An. 海洋 生物 资源 的 利用 ,属于 初级 生产 的 大 型 藻类 只 占 百 分 之 几 ,大 量 的 单 细 胞 浮游 植物 目前 尚 无 法 直接 利用 ,属于 二 级 生产 的 动物 ,如 页 类 和 鱼 类 所 占 比例 也 很 小 ， 主 要 是 利用 三 一 四 级 生产 ， 如 对 是 \ 真 钢 , 甚 至 五 级 生产 的 鱼 类 。 由 于 每 一 级 生产 在 转化 到 下 一 级 时 能 量 大 约 要 消耗 掉 9/10。 因 此 , 海洋 生态 系统 并 非 是 潜力 无 穷 的 生物 资源 宝库 。
表 3-4 列 出 浅海 带 和 外 海带 的 第 一 性 生产 、 食 物 链 营养 级 的 数目 以 及 鱼 产 量 的 概略 数值 , 它 充分 说 明了 以 上 的 论点 。 第 一 性 生产 率 最 高 的 地 区 是 浅海 带 ,为 100 克 碳 / 米 % 年 ,是 外 海带 的 2 倍 ， 但 外 海带 食物 链 的 营养 级 数 却 约 为 小 海带 的 二 倍 。 尽 管 外 海带 的 面积 占 海 洋 总 面积 的 90 多 ,其 鱼 产量 只 是 小 海带 的 1/75。 浅 海带 的 生物 生产 力 虽然 高 , 但 是 因为 面积 小 ， 目 前 有 些 地 区 又 受到 严重 污染 ， 生 物 生 产量 已 有 下 降 的 趋势 。 这 在 生态 系统 的 管理 上 是 需要 认真 对 待 的 实际 问 题 。
表 3-4 浅海 带 与 外 海带 生物 生产 量
占 . 海 洋 第 一 性 生产 府 生态 学 效率 | 每 年 鱼 生产 率 地 KSB Fit 下 和光， 总 面积 的 9| 克 碳 / 米 :/ 年 | 10° /4E In+t/I | CT 鲜 量 )
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= KLTERARK (—) 农田 生态 系统
在 两 三 百 万 年 前 ， 人 类 只 是 生态 系统 中 的 一 个 普通 消费 者 ,主要 是 以 捕猎 动物 和 采 食 植物 及 其 果实 为 食物 ,对 生态 系 统 的 干扰 和 影响 不 大 。 当时 ,地球 全 部 生态 系统 的 总 生产 量 大 约 只 能 维持 一 千 万 人 口 的 生活 ， 这 个 数字 比 目 前 上 海 市 的 人 口 还 少 几 百 万 。
当 人 类 把 某 些 动物 驯养 成 家 畜 和 家 禽 ， 把 野生 植物 培养 成 农作物 ， 进 而 伐 去 一 部 分 森林 ， 翻 耕 一 部 分 草原 来 发 展 农 业 ; 开 始 有 目的 的 去 改造 自然 ， 这 时 ,在 地 球 上 便 出 现 了 农田 生态 系统 。 随 着 农耕 工具 的 改善 ,生产 力 的 提高 ,更 多 的 森林 和 草原 被 改造 成 了 农田 。 目 前 ， 世 界 上 耕地 面积 占 陆 地 总 面
ye 人 类 生物 量 图 3-17 农田 生态 系统 对 人 口 的 影响 ， 左 图 : 示 农 业 发 展 以 前 世
界 全 部 植物 和 动物 只 能 供养 一 千 万 人 口 ” 右 图 : 示 农 业
发 展 后 农田 生态 系统 维持 几 十 亿 人 口 的 食物 需求
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积 的 10%, 这 些 农田 生态 系统 提供 全 世界 45 亿 人 口 的 食物 (Al 3-17)o .
人 类 设计 的 农田 生态 系统 与 自然 生态 系统 不 同 。 农 田 结 爸 人 简单 ,第 一 性 生产 者 通常 是 单一 种 作物 ， 拥有 巨大 的 种 群 。 为 了 保证 单一 种 群 对 水 分 和 养分 要 求 的 一 致 性 ， 以 及 消灭 农 作物 的 天 然 竞争 者 (如 杂 草 和 害虫 )， 人 类 采取 了 翻 耕 、 灌 溉 、 施肥 、 除 草 和 灭 虫 等 管理 措施 。 因 此 ,在 一 定 程度 上 农田 生态 系统 是 一 个 可 以 受 人 类 控制 的 系统 。
人 工控 制 下 的 农田 ， 第 一 性 生产 者 一 一 农作物 和 第 三 性 生产 者 一 一 家 畜 、 家 离 都 是 人 工 培 育 出 来 的 优质 高 产生 物品 种 。 农 作物 对 太阳 能 的 固定 效率 较 高 ,在 目前 的 耕作 条 件 下 ， 太阳 能 的 最 大 固定 效率 :水 稻 为 1.64 狗 ， 大 豆 为 1.13 免 ,玉米 为 2.18 匈 ,甜菜 为 1.8 多 。 就 世界 范围 来 看 , BR. 农田 生态 系统 的 生产 力 大 致 为 100 一 4,000 克 / 米 年， 平均 为 650 克 / 米 / 年 。
农田 生态 系统 的 第 一 性 生产 也 在 不 断 提 高 ， 家 离 中 的 母 鸡 ,其 祖先 一 一 原 鸡 每 年 只 生 15 个 蛋 ， 人 工 培育 的 优良 蛋 鸡 每 年 产 蛋 在 二 百 个 以 上 。 乳牛 开始 被 驯养 时 每 年 产 奶 不 过 270 公斤 ,现在 产 奶 可 达 4,000 公斤 。 鸡 和 和 牛 的 生产 力 都 超过 它们 祖先 15 倍 。
农作物 固定 的 能 量 虽 然 分 布 在 作物 的 各 个 露 官 中 ， 而 大 量 的 却 是 集中 在 人 类 需求 的 籽 实 中 。 例如 水 稻 ， Ree 谷 的 穗 部 , 这 部 分 太阳 能 蕾 积 量 高 达 53 多 ， 作 为 人 类 燃料 和 家 畜 人 饲料 的 苍 叶 部 分 占 44 锡 , 留 在 土壤 中 的 根部 只 点 2 鸡 ( 如 图 3-18)。
但 是 ,如 有 果农 田 生 态 系统 的 籽 实 和 茎 叶 全 被 拿 走 , 不 以 属 肥 和 堆肥 的 形式 把 这 部 分 有 机 物 适 当地 归还 给 土 护 ， 则 农田 生态 系统 的 分 解 者 一 微生物 将 由 于 缺少 原料 而 降低 活力 ，
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3-18 水 稻 男 定 的 能 量 在 各 器 官 中 的 鞋 积 量 ( 千 卡 / 米 2
土壤 理化 性 质变 坏 , 导 致 减产 。 ”农作物 吸收 的 矿质 元 素 多 集中 在 苍 叶 和 果实 中 ， 如 果 人 们 从 农田 生态 系统 中 拿 走 全 部 的 果实 和 葵 叶 ， 等 于 拿 走 了 矿 质 元 素 ,破坏 了 农田 生态 系统 物质 循环 的 平衡 ,导致 第 一 性 生 产 力 降低 。 为 了 保证 物质 循环 正常 运行 , 必须 加 以 人 工 的 补 充 和 合理 的 调整 。 向 土壤 中 施 人 有 机 有 肥料、 化肥、 培植 各 种 固 - 氮 菌 是 调整 这 一 生态 平衡 的 重要 手段 。 ”农田 生态 系统 的 特点 是 作物 种 类 单一 ,结构 简单 ,生态 平 衡 脆弱 ;第 一 性 生产 不 稳定 。 为 了 解决 这 些 问题 ,人 们 模仿 天 然 生态 系 统 创 造 出 稳定 性 较 强 的 农田 生态 系统 ， 例 如 变 单 一 {EDA S vn tt lh) i. Ett, EER, Ame AERA 阳性 农作物 搭配 的 多 层 结构 。 既 提高 光 能 利用 率 , 充分 利用 了 土壤 不 同 层 次 的 水 分 和 养分 ， 又 能 提高 抗 病虫害 的 能 力 。 人 们 模拟 自然 生态 系统 中 动物 间 捕 食 和 被 捕食 的 关系 培育 天 政 , 控 制 和 消灭 农田 害虫 。
农田 生态 系统 的 类 型 很 多 ,如 水 田 生 态 系统 .旱田 生态 系 KAPOOR ABNER ASESAS MAESABN
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FiO A oS AER, AMV ie EP Be EOE 更 为 稳定 的 生态 系统 。 aie
(=) 城市 生态 系统
随 着 工业 发 展 , 人 口 增加 , 城市 的 规模 人意 来 愈 大 , 面积 达 几 百 平方 公里 的 城市 已 不 罕见 。 在 城市 中 ， 高 楼 大 厦 鳞 次 樟 比 ， 各 种 水 泥 建 筑 代 替 了 原来 的 绿色 植被 ， 植 物 的 营养 原料 库 一 一 土壤 也 被 柏油 水 泥 路 面 所 覆盖 ， 依 附 于 植物 群落 而 生 存 的 各 种 动物 也 由 川流不息 的 机 动车 和 天 空中 狠 帮 作 响 的 飞 机 所 代替 。
大 大 小 小 的 工厂 及 工厂 里 操纵 机 器 的 人 则 是 城市 生态 系
统 的 生产 者 。 人 繁衍 后 代 保 持 了 生产 者 的 连续 性 , 同时 人 又
是 消费 者 。 因 此 ,人 在 城市 生态 系统 中 占有 特殊 地 位 。
城市 生态 系统 有 两 大 特点 : 一 是 社会 工业 大 生产 , 生产 _ 受 社 会 经 济 规律 制约 ; 二 是 城市 本 身 又 是 人 的 生态 环境 ， 因 此 ,又 决定 于 自然 规律 。 城 市 作为 一 个 生态 系统 ,要 维持 市 内 工业 生产 和 市 内 人 民 的 生活 ， 就 得 不 断 从 外 部 输入 能 量 和 物 质 ;同时 ,又 向 外 部 排泄 废物 ， 这 就 构成 了 城市 生态 系统 的 能 流 和 物流 。 每 天 输入 城市 的 能 量 , 包括 电力 、 石 油 、 煤 、 天 然 气 、 粮 食肉 蛋 \ 鱼 类 、 蔬 菜 和 水 果 。 输 入 的 物质 包括 工业 生产 需要 的 各 种 原材料 和 人 们 生活 、 工 作 的 日 用 品 等 。 能 量 在 城 市 的 生产 和 生活 中 转移 、 消 耗 、 变 成 热量 而 散失 。 从 城市 向 外 输出 的 物质 ,有 各 类 工业 产品 .工业 产生 的 废物 以 及 居民 生 活 的 垃圾 和 姜 便 。 例 如 ;美国 的 一 个 一 百 万 人 口 的 典型 城市 ， 每 天 输入 和 输出 的 能 量 和 物质 ,如 表 3-5 所 示 。
城市 的 能 流 和 物流 包括 以 下 五 个 过 程 ; 开采 一 > 制造 一 运输 一 > 使 用 一 > 废弃 。 当 然 有 的 物质 可 能 只 有 三 或 四 个 过
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程 , 也 可 能 在 每 个 环节 上 都 有 废物 产生 。 23-5 美国 一 个 一 百 万 人 口 的 城市 的 能 流 和 物流 A & 输入 《 吨 /天 ) 输出 《 吨 / 天 ) 水 625,000 废水 500,000 he 2 人 2,000 固体 废物 2,000 Bhs 大 气 污染 物 “950
一 个 城市 只 有 在 能 流 和 物流 取得 平衡 的 情况 下 ， 才 能 保 证 全 部 系统 的 稳定 性 。
城市 ,人口 集中 、 密 度 最 大 。 有 些 国家 几乎 80—90% 的 人 口 居住 在 城市 。 生 态 环境 质量 好 坏 直接 关系 到 人 身 健康 。
城市 中 每 天 消耗 大 量 燃料 ,产生 废气 ,污染 空气 。 散 发 巨 额 热 量 , 成 为 人 工 热源 ,地面 如 同 岩石 ,白天 受热 快 ,夜晚 人 为 散热 ， 温 度 高 于 郊区 。 所 以 ， 人 们 把 城市 比 做 绿 野 中 的 “ 热 岛 ”。 据 测定 , 市 区 中 心 夜 晚 的 气温 可 高 于 郊区 8*c 以 上 , 在 城市 与 郊区 之 间 形 成 特殊 的 气流 循环 (图 3-19)。
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图 3-19 城市 与 郊区 绿地 的 气流 循环
城市 空气 含 尘 量 大 ,便于 水 汽 凝 结 , 加 之 上 升 气流 旺盛 ， 因而 , 市 区 降雨 比 郊 区 稍 多 。 市 区 的 降水 由 地 表 运 流 迅速 汇
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集 ,经 地 下 管道 排 到 市 外 , 因此 , 市 区 地 下 水 得 到 天 气 降水 的 补给 很 少 , 再 由 于 大 量 抽 吸 地 下 水 , 地 下 水 位 降低 ,常常 造成 大 的 地 下 水 漏斗 。
市 区 地 面 覆盖 着 各 种 不 透水 层 ， 地 下 水 难于 向 空气 中 菜 发 ,加 之 缺乏 地 面 水 体 调节 ，, 城市 空气 干燥 。 因 此 , 增加 城市 绿地 和 水 体面 积 ,加 强 城市 大 气 循环 和 水 分 循环 的 调节 作用 ， 对 改善 城市 生态 环境 实 为 重要 。
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第 四 章 “生态 系统 的 形成 与 生物 群落 的 演 蔡
生物 圈 是 一 个 行星 水 平 的 巨大 生态 系统 ， 它 总 是 在 不 断 地 运动 和 变化 , 它 的 产生 和 演变 与 地 球 的 历史 发 展 息息相关 。 因此 ,生物 圈 的 演化 进程 要 用 地 质 年 代 做 为 时 间 单 位 。 但 是 ， 研究 生物 圈 中 低级 单位 的 生态 系统 ， 如 一 块 森 林 的 发 展 和 变 化 时 , 则 在 几 百 年 ,甚至 人 的 有 生 之 年 便 可 能 看 到 。 生 态 系统 的 变化 ,从 地 质 年 代 上 看 ,是 演化 ,对 近期 来 说 则 是 演 蔡 。
一 生态 系统 的 形成 与 演化
生物 圈 是 地 球 几 十 亿 年 历史 发 展 过 程 的 产物 。 继 岩石 圈 \ 大 气 圈 \ 水 轿 和 土 圈 形 成 之 后 ,生物 圈 开 始 在 地 球 上 出 现 。 组 成 生物 圈 的 多 种 多 样 的 生态 系统 以 及 它们 的 各 种 功能 ， 均 随 着 这 种 冲 变 而 逐步 加 以 完善 。
据 测算 ,地 球 已 有 46 亿 年 的 历史 。 地 球 发 展 的 早期 和 现 在 大 不 一 样 , 既 没有 蔚蓝 的 天 空 , 也 没有 波涛 测 涌 的 海洋 。 当 时 并 没有 和 象 现 在 的 水 圈 和 大 气 圈 ， 更 没有 土壤 圈 和 生物 圈 。 当时 的 地 球 仅仅 被 一 层 坚 硬 的 岩石 轿 所 包 覆 。 由 于 地 球 内 部 放射 元 素 不 断裂 变 和 衰变 ,积聚 进 放出 巨大 的 能 量 , 促使 大 陆 板块 发 生 移动 ,加 之 宇宙 陨石 对 地 球 撞 击 , 以 及 地 球 捕 获 月 球 以 后 引起 调 汐 摩擦 力 等 等 影响 ,导致 地 球 上 的 火山 强烈 活动 ， 使 地 球 内 部 的 各 种 气体 元 素 大 量 释放 喷发 出 来 ， 形 成 地 球 的
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原始 大 气 圈 。 在 原始 大 气 圈 中 , 没有 氧气 ,主要 由 二 氧化 碳 、 硫化 氢 \ 氨 和 水 蒸气 组 成 , 它 与 现在 的 大 气 转 有 本 质 区 别 。 由 于 地 壳 运 动 而 引起 升降 ,有 的 地 方 隆起 成 为 高 山 和 高 原 ; 有 的 地 方 下 降 成 为 平原 和 低 目 的 盆地 。
原始 大 气 圈 中 的 水 气 凝 结 后 , 降 沙 到 地 面 ， 凝聚 在 低 四 处
形成 了 海洋 和 湖泊 ,地 球 的 水 圈 才 初步 形成 。
既然 原始 大 气 中 没有 氧气 ,那么 也 就 不 能 有 臭氧 层 ,太阳 紫外 辐射 可 以 毫 无 阻碍 地 到 达 地 面 。 在 宇宙 射线 、 太 阳 高 能 紫外 辐射 .雷电 及 高 温 等 作用 下 ,促使 大 气 圈 和 水 圈 中 某 些 物 质 发 生 强 烈 的 化 学 变化 ,可 能 形成 简单 的 有 机 小 分 子 ; 这 些 简 单 的 有 机 小 分 子 汇集 在 海洋 之 中 ， 经 过 漫长 的 岁月 进行 了 一 系列 复杂 的 化 学 进化 , 渐渐 演化 成 原始 的 生命 。 由 于 不 太 悍 的 水 层 就 能 阻碍 紫外 线 辐 射 对 有 机 体 致 命 的 杀伤 作用 ,因此 ， 原始 生命 可 能 在 海水 5 一 10 米 的 深 处 产生 。
最 早 在 地 球 上 出 现 的 生物 是 原始 的 菌 藻类 ， 从 化 石上 判 断 是 出 现在 距 今 34 亿 年 以 前 。 能 进行 光合 作用 的 绿色 植物 的 出 现 是 地 球 发 展 史 上 划时代 的 事件 。 绿 色 植 物 的 光合 作用 释放 出 的 氧气 进入 大 气 层 中 ， TT Seen A 使 原始 大 气 层 的 成 分 发 生 了 本 质 的 改变 。
在 原始 大 气 层 中 ,伴随 着 氧气 不 K 断 积累 ,给 动物 的 诞生 准 备 了 条 件 。 当地 球 进 入 距 今 5.7 亿 年 的 寒 武 纪 时 ， 多 细胞 异 养 的 后 生动 物 爆发 性 大 量 出 现 ， 使 地 球 上 的 生物 界 发 生 了 飞 跃 的 进化 。 估计 ，, 当时 大 气 圈 含 氧 量 不 低 于 现在 的 1 多 。 动 物 通过 呼吸 作用 ， 从 碳水 化 合 物 中 获取 的 能 量 高 于 酵 解 作用 的 19 倍 。 这 时 原始 的 食物 链 便 在 地 球 上 产生 。 结构 简单 的 生态 系统 也 就 随 之 而 诞生 。 早期 的 植物 和 动物 均 出 现在 水 中 。 因 此 ,地 球 上 最 早出 现 的 生态 系统 应 当 是 水 域 生 态 系统 。
伴随 着 生物 的 进化 ,物种 的 增加 ,大 气 圈 的 氧气 含量 逐渐
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”增多 。 KNEES 4.2 亿 年 的 志 留 纪 晚 期 ， 水 生 藻 类 通过 光 合作 用 ,把 水 分 子 中 的 氧 释 放出 来 ,大 气 中 氧气 的 含量 上 升 到 今日 的 10 多 以 上 ， 在 雷电 和 太阳 紫外 线 的 作用 下 形成 了 册 氧 , 臭氧 在 距 地 表 20 一 25 公里 的 高 空 形 成 了 一 个 浓度 较 高 的 RAR RABAT AK, VALET REELS. KR 氧 层 吸收 了 大 量 的 短波 紫外 线 ， 生 物 才 有 可 能 由 海洋 登 上 陆
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Al 4-1 光 蕨 一 一 最 早 的 陆地 植物
BA, 首 批 登陆 的 是 哪 一 类 植物 呢 ? Tet wit Gia, 光 蕨 植物 是 首 批 征服 陆地 的 先锋 (图 4-1)。 光 蕨 全 身 光 秃 , 体 高 不 过 10 BK, ATR EAR, 属于 宰 蕨 类 植物 。 这 类 植 物 具 有 假 根 ， 从 原始 的 土 层 中 吸收 水 分 和 养料 ， 茎 还 具有 管 胞 , 既 能 支撑 植物 直立 ,又 能 把 水 分 和 养料 输送 到 体内 各 个 部 位 ,这些 都 是 由 水 域 进 入 陆地 不 可 缺少 的 适应 性 构造 。
RPA KS EB, 到 了 泥 盆 纪 , 十 分 繁盛 , 使 原始 大 陆 第 一 次 披 上 了 绿 装 。 虽然 体型 较 小 的 裸 蕨 还 没有 真正 根 、 茎 、 叶 的 分 化 ,光合 作用 速率 极 低 ,估计 ,其 第 一 性 生产 力
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不 会 高 于 现在 的 10°—-1l0%* AA. 但 是 , 由 于 陆地 上 第 一 次 有 了 生产 者 ， 以 及 接 哑 而 来 的 初级 消费 者 一 一 某 些 昆虫 和 其 它 区 及 动物 ， 就 为 后 来 背 椎 动物 的 登陆 准备 了 丰盛 的 食物 和 物质 条 件 , 给 陆地 生态 系统 的 产生 商定 了 基础 。 这 是 生态 系 统 发 展 史 中 的 关键 性 突破 。 原 始 陆地 生态 系统 仅 有 初级 消费 者 一 一 茶 些 昆虫 。 因 此 ， 食 物 链 只 不 过 2 一 3 级 ,不 会 达到 4 级 。
陆地 植物 的 出 现 , 枯 落 物 及 植物 残 体 经 过 分 解 ,与 原始 兰 石 的 风化 物 相互 作用 , 地 球 上 出 现 了 最 早 的 土壤 。 土壤 成 为 地 球 上 各 种 易于 淋浴 矿物 养分 的 贮存 库 ， 使 陆地 生态 系统 的 结构 趋 于 完善 。
地 球 进 入 距 今 3.5 亿 年 的 石炭 纪 ， 大 气 中 游离 的 氧气 达 到 了 现在 大 气 中 的 2 一 3 Ho 几乎 整个 地 球 的 气候 十 分 温暖 和 温 洞 ,为 陆 生 植物 的 进一步 千 磁 提供 了 有 利 条 件 。 这 时 , 裸 蕨 已 经 衰退 , 代 之 而 起 的 是 鳞 木 和 疙 木 等 高 大 的 裸 蕨 类 植物 ， 它们 已 有 根 、 葵 、 叶 的 分 化 ,宽大 的 叶片 长 达 1 一 3 米 , 扩 大 了 光合 作用 的 面积 ,更 多 地 吸收 太阳 能 。 有 了 根 , 才 能 扎 人 士 壤 下 层 吸 收 更 多 的 水 分 和 矿物 养分 ， 加 上 荃 中 出 现 比较 完善 的 输 导 系统 一 一 维 管束 ,因而 第 一 性 生产 力 大 幅度 提高 。 RK 植物 成 为 陆地 的 真正 征服 者 。 这 时 的 陆 生 植物 ， 不 仅 有 30 一 40 米 高 大 的 乔木 ,也 有 3 一 5 米 的 灌木 和 草本 ， 它 们 在 海滨 或 沼泽 温 地 上 构成 了 地 球 上 首 批 的 原始 林 《〈 图 4-2), 从 此 产生 了 森林 生态 系统 。 在 郁郁 葱 葱 的 原始 森林 中 ,树木 不 断 地 误 亡 ,被 埋藏 在 沼泽 之 中 ,在 厌 氧 条 件 下 ,经 过 长 期 的 地 质 作用 ， 形成 了 大 量 的 煤 痰 矿藏 , 石 疾 纪 是 地 质 史 上 重要 的 成 煤 时 期 e 石 几 纪 的 煤 痰 是 我 们 今天 的 主要 能 源 之 一 。
根据 古生物 学 资料 推断 ， 兰 椎 动物 中 最 早 登 上 陆地 的 鱼 类 大 概 是 总 鳍 鱼 类 的 真 掌 鳍 鱼 ， 两 栖 类 中 最 早 登 陆 的 代表 是
。 100。
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鱼 石 晨 , 归 | 晨 和 虾 蜡 龙 等 ,它们 大 多 以 鱼 类 为 食料 ,此 时 ,水域 生态 系 绕 的 食物 链 环 节 有 所 增加 。
地 球 进 入 距 今 1.85 亿 年 的 侏 罗 纪 时 ， 裸 子 植物 大 量 发 Fe, 构成 了 高 大 的 密林 。 裸子 植物 包括 苏铁 类 和 松 杉 类 。 从 裸 子 植物 起 ,植物 开始 用 种 子 繁殖 ,花粉 管 的 形成 ， 使 植物 的 受 精 作用 可 以 不 再 借 水 为 媒介 ， 从 而 摆脱 了 对 水 的 依赖 ,因而 ， 能 在 干旱 的 环境 中 繁殖 后 代 ， 这 是 植物 对 陆地 生态 条 件 的 进 一 步 适 应 。
苏铁 类 在 侏 罗 纪 特别 楷 度 ， 是 中 生 代 陆 生动 物 恐 龙 的 主 要 食物 。 松 柏 类 植物 精 的 细胞 没有 和 鞭毛 ,在 繁殖 过 程 中 ,雄性 生殖 细胞 经 过 花粉 管 输送 与 卵细胞 结合 ,无 需 依 赖 水 做 媒介 ， 因而 ， 松 柏 类 更 能 适应 在 比较 干旱 的 陆地 上 生存 。 加 之 松柏
。 101。
RHA EMR AREL RANMA Ak, 中 生 RATEMK ERA, RAKESRANEDEPCEE 增加 , 埋 人 地 下 , 经 过 矿质 化 过 程 形成 煤炭 。 因 此 , 侏 罗 纪 也 是 地 球 史 上 重要 的 成 煤 时 期 。
中 生 代 是 旬 子 植物 时 代 ， 也 是 疏 行 类 动物 芒 龙 的 繁盛 时 Ro 陆地 生态 系统 以 裸子 植物 为 主要 的 生产 者 , 玲 行 类 肉食 耿 龙 是 这 个 时 代 食 物 链 中 最 高 级 的 消费 者 (图 4-3)o-
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图 4-3 ”中生代 的 主要 食物 链 : vassal (DEM (QO)HARK QARBA
在 现代 生物 圈 中 居 优 势 地 位 的 被 子 植物 ,是 在 距 今 0.7 一 0.1 亿 年 的 第 三 纪 迅 邦 发 展 起 来 的 。 中 生 代 繁荣 昌盛 的 裸子 植物 到 第 三 纪 以 后 , 因 环 境 发 生变 化 逐渐 衰退 , 代 之 而 起 的 是 能 适应 复杂 多 变 环 境 的 被 子 植物 。 裸 子 植物 以 木 本 为 主 , 被 子 植物 除了 未 未 之 外 ,还 有 很 多 草本 。 草 本 植物 的 出 现 是 对 寒冷 和 千 旱 环境 的 适应 。 严 寒 的 冬季 来 临 ,或 干旱 季节 的 到 来 , 植 了 牺 的 地 上 部 分 难以 渡 过 ， 于 是 通过 地 下 茎 把 营养 物质 蔷 看 起 时 来 , 待 大 地 回春 或 雨季 来 临时 , 再 从 地 下 茎 发 休 生长 ;或 以 种 ” 量
。 102。
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子 的 形式 渡 过 艰难 的 季节 。 于 是 草本 植物 类 群发 展 起 来 了 。 另
外 裸子 植物 很 少 有 落叶 型 ， 被 子 植物 为 了 适应 寒 稚 和 干燥 季
节 , 逐 渐 塑 成 了 落叶 型 ;再 者 被 子 植物 比 裸子 植物 有 更 发 达 的
输 导 系统 ,四通八达 的 输 导 系统 保证 水 分 和 营养 物质 在 体内
畅通 无 阻 , 送 到 体内 的 各 个 部 分 。 被 子 植物 的 时 形 多 样 , 时 面
宽阔 ， 加 大 了 与 日 光 的 接触 面积 ， 能 更 多 的 摄取 太阳 能 。 今
天 ,生物 圈 中 的 全 部 绿色 植物 每 年 固定 太阳 能 约 为 7.2 X 10”
千 卡 ， 这 一 生产 性 能 力 是 生物 圈 经 历 了 几 十 亿 年 的 发 展 历程
逐步 形成 的 (图 4-4)。
”哺乳 动物 最 早出 现在 中 生 代 的 初期 。 但 是 只 是 到 了 被 子 植物 大 发 展 的 第 三 纪 时 ,有 了 丰富 的 食物 和 适宜 的 环境 之 后 ， 才 得 以 繁荣 昌盛 。 使 各 类 生态 系统 进入 更 高 级 阶段 。
哺乳 动物 是 恒温 动物 ,因而 ,需要 摄取 大 量 的 食物 才能 维
持 正常 的 体温 。 被 子 植物 种 类 繁多 ,形态 各 异 , 适 应 性 强 。 第 三 纪 时 , 除 个 别 地 区 外 , 几乎 整个 地 球 全 由 被 子 植 物 所 履 盖 ， 地 球 表面 宛如 履 盖 着 一 幅 巨 大 的 绣花 绵 被 ， 不 停顿 地 生产 着 丰盛 的 植物 性 食物 ,为 草食 性 消费 者 的 繁荣 提供 了 条 件 。 哺 乳 类 比 朴 行 类 和 两 栖 类 具有 更 发 达 的 脑 和 灵敏 的 躯体 ,因而 ， 各 级 肉食 性 动物 也 得 到 了 充分 发 展 。 陆 地 生态 系统 的 结构 和 功能 也 日 趋 复 杂 。
， ”第 三 纪 以 后 ,地 球 上 的 气候 不 断 发 生 旱 化 和 寒 化 ,特别 是 受 第 四 纪 出 现 的 几 次 大 冰期 的 影响 ， 已 经 形成 的 各 类 生态 系 统 不 断 分 化 ,由 热带 雨林 生态 系统 ,渐次 分 化 出 亚热带 常 绿 阔 叶 林 , 温 带 落 叶 阔 时 林 , 针 时 林 , 草 原 以 及 莹 漠 等 生态 系统 。
因此 ,现在 地 球 上 的 各 类 生态 系统 从 结构 简单 .生产 力 低 FORMS, 到 结构 复杂 、 生 产 力 高 的 热带 雨林 ,都 是 生物 与 环境 经 历 几 十 亿 年 相互 作用 发 展 起 来 的 。 在 这 漫长 的 历史 长 河中 ， 各 类 生态 系统 的 稳定 性 和 平衡 性 均 受过 无 数 次 的 海
。 103。
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~~ ERE UH I ES = 20 A PK RA AE 寒 化 和 几 次 冰期 的 严峻 考验 的 。
现在 ， 当 我 们 骄傲 地 运用 现代 化 科学 技术 手段 向 各 类 生 态 系统 的 稳定 性 和 平衡 性 进行 挑战 的 时 候 ， 和 干 万 不 要 忘记 这 种 稳定 性 与 平衡 性 是 在 漫长 的 地 质 时 期 中 形成 的 ， 它 的 发 展 是 不 可 逆 的 。 如 果 一 味 谨 目的 索取 , 则 得 到 的 后 果 不 是 遭 到 大 目 然 的 残酷 惩罚 , 就 将 是 对 子孙 后 代 犯 下 罪过 。
二 “生态 系统 中 生物 群落 的 演 替
各 类 生态 系统 经 历 过 几 十 亿 年 的 发 展 ， 它 们 的 结构 是 严 密 的 ,功能 是 完善 的 ,各 成 分 之 间 的 能 量 流动 和 物质 循环 保持 着 相对 稳定 的 动态 平衡 。 它们 还 将 在 历史 过 程 中 , 随 着 环境 的 演变 而 继续 发 展 和 变化 。 不 过 这 种 变化 是 渐进 的 缓慢 的 。 突变 性 的 变化 只 是 局 部 的 。 自从 人 类 出 现 以 后 , 特别 是 有 了 现代 科学 技术 和 高 度 生 产 水 平 之 后 ， 对 生态 系统 干预 的 深度 和 广度 是 相当 惊人 的 。
引起 生态 系统 变化 有 自然 因素 和 人 为 因素 。 海陆 变迁 、 火山 爆发 气候 演变 .雷击 火烧 、 风 砂 肆 虐 、 洪 水 山崩 、 虫 鼠 灾 害 以 及 外 地 的 动 植物 侵入 等 等 都 可 引起 生态 系统 改变 ， 这 属 于 自然 因素 。 人 类 砍伐 森林 开垦 草原 、 捕 捞 鱼 虾 \ 猎 取 动 物 、 施肥 搬 药 等 等 属于 人 为 因素 。 这 些 因 素 或 是 单一 的 , 或 是 多 种 配合 共同 作用 于 生态 系统 ， 生 态 系统 里 的 生物 群落 演 替 过 程 正 是 对 这 些 干 预 的 反应 。
在 某 一 生态 系统 中 ,同一 地 段 上 ,不 同 生 物 群 落 相继 更 替 的 过 程 ,叫做 演 替 。 按 演 替 的 方向 ,可 分 为 正 向 演 替 和 逆向 演 替 。 正 向 演 替 从 裸 地 开始 ,经 过 一 系列 中 间 阶 段 , 最 后 形成 的 群落 与 环境 相 适 应 ,两 者 处 于 动态 平衡 的 稳定 状态 , 即 演 替 到
上 生 。
了 最 后 阶段 ,这 种 群落 叫做 顶 极 和 群落。
裸 地 往往 是 裸露 的 岩石 , 海 退 新 生 的 陆地 ,河流 冲击 的 沙 i, 火山 时 发 冷却 的 熔 岩 。 如 果 裸 地 上 没有 土壤 和 植物 繁殖 体 , 叫做 原生 裸 地 。 如 果 裸 地 上 保留 着 一 定 厚度 的 土壤 和 植 物 繁殖 体 , DIANE MA, 森林 的 火烧 迹地 和 采伐 迹地 , 则 叫做 次 生 裸 地 。 在 原生 裸 地 上 进行 的 演 蔡 叫 做 原生 演 替 , 在 次 生 裸 地 上 发 生 的 演 替 叫做 次 生 演 替 。
我 国 东北 的 针 冰 时 混交 林 区 , 山 啸 后 产生 的 乱 石 窖 ,由 许 多 大 小 不 等 的 坚硬 石 块 堆 积 而 成 。 裸露 光 秃 的 石 面 , REL 壤 , 也 无 生物 繁殖 体 ,属于 原生 裸 地 。 在 这 种 裸 地 上 发 生 的 演 蔡 ,可 以 做 为 原生 演 蔡 的 实例 。 岩 石上 因 无 土壤 而 不 能 贮存 水 分 和 养料 ,温度 变化 十 分 激烈 。 最 初 ,在 这 种 环境 上 出 现 的 植 ETNA. TTB. HMB ES LR RAVE ORES, BBA TRAN RY BE Jai, MOAR AES EBD A AA EL, MALS 机 酸 类 腐蚀 岩 面 ,从 中 溶解 出 一 定 的 无 机 盐 类 ,更 重要 的 是 紫 WHORE VALEUR TAU Bet 层 的 增 厚 (1 一 5 毫米 ), PEWEABRATE PK, ER 月 形成 厚 达 4 一 7 BKEWERE SRE FOL eS 3 一 4 厘米 。 原 来 裸露 的 岩 面 已 被 昔 世 层 所 履 盖 , 生态 环境 大 为 改善 。 此 为 原生 演 替 的 地 衣 - 蔡 雁 阶 段 。
由 于 土 层 增 厚 ,喜光 耐 旱 的 草本 植物 侵入, 如 垫 状 生长 的 狗 景 天 ,形成 致密 的 草本 植被 。 进 入 草本 群落 阶段 ,土壤 增 厚 更 为 迅速 ， 有 机 物 的 积累 进一步 增多 ， 其 后 灌木 相继 侵 人 定 居 , 如 迎 红 杜 鹏 , 绣 线 菊 等 , 形成 灌木 从 林 。 灌 木 群落 已 有 层 次 分 化 , 灌 从 下 生长 着 由 阴性 植物 构成 的 层 片 ,土壤 由 强酸 性 转变 成 弱酸 性 。
其 后 ,经 过 一 个 短期 的 阳性 乔木 林 , 便 转 人 由 中 性 和 阴性
。106。
RRA. MAEM ARES, — 当 这 些 乔 木 高 过 灌 从 以后， 原来 喜光 的 阳性 灌木 逐渐 被 阴性 WARS. 值 此 ， 演 蔡 由 灌木 群落 阶段 进入 乔木 群落 阶段 。 当红 松 和 某 些 阔叶树 种 组 成 的 针 、 阔 叶 混 交 林 成 长 起 来 ,一 个 与 当地 气候 相 适 应 的 ， 处 于 相对 稳定 状态 的 顶 极 群落 便 告 形 成 (图 4-5)。
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Al4-5 乱 石 窗 上 植被 演 替 的 图 式
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由 于 先锋 植物 的 繁衍 ,改变 了 群落 的 生态 环境 ,新 的 生态 环境 反而 不 利于 原 有 植物 的 生长 ， 却 为 他 种 植物 的 侵入 和 定 居 创 造 了 条 件 。 以 此 为 动力 ， 演 替 由 区 侮 阶段 经 草本 群落、 话 木 群落 ,最 后 进入 与 环境 相 适 应 的 乔木 群落 , 即 首 蔡 的 顶 极 群落 。 |
hia HEE SAB DA oh et ie RE 表 4-1 (LAH Wat ve AR Bei SH AFRAR TR, SARA 种 数 与 数量 发 生变 化 的 情况 。 当然 ,其余 动 物 也 会 出 现 类 似 的 变化 。
表 4-1 在 植物 群 演 替 过 程 中 乌 类 科 数 和 数量 的 变化 BRAK 草本 群落 灌木 群落 小 乔木 群落 TARE
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SRE RET RE AR RARE, IER Ta FS He KR-BeW RA GAIN als KK hit re BULB St, HE FP 阶段 不 会 超过 两 、 三 百年 的 时 间 。 进 入 项 极 阶段 时 ,生态 系统 的 生物 种 最 多 ,结构 最 完善 ,总 生物 量 最 高 ,稳定 性 最 强 。
如 果 在 演 替 过 程 中 出 现 某 一 强度 干 拢 的 因素 ， 演 替 就 可 能 停滞 在 某 一 阶段 上 ,甚至 使 演 替 逆 回 发展。
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定 的 厚度 ,有 比较 充足 的 营养 元 素 和 水 分 供应 , 演 替 无 需 经 过 地 衣 - 香 谷 阶 段 。 如 果 水 分 、 营 养 元 素 和 植物 种 籽 丰 富 , 草 、
灌 、 乔 三 个 阶段 可 能 齐头并进 , 演 替 所 需要 的 时 间 大 大 缩短 。 de SAY RI LEK
草原 生态 系统 的 演 替 具 有 类 似 的 过 程 。 过 度 放 牧 引 起 草 原 退 化 ,可 做 为 逆向 演 替 的 实例 。
原始 肥美 的 草原 生态 系统 ,由 于 载 畜 量 过 大 , 牛 羊 的 采 食 量 长 期 超过 生态 系统 的 净 第 一 性 生产 量 ， 这 时 将 发 生 逆向 演 替 。 例 如 ,以 羊 草 为 主 的 草 旬 草 原 过 度 放牧 后 , 首先 ,优质 的 羊 草 及 豆 科 草 由 于 家 畜 的 频繁 的 哨 食 而 丧失 繁殖 能 力 ， 从 草 原 中 消逝 。 再 继续 重 放 ,一 ` 二 年 生 的 杂 草 和 不 被 家 畜 哨 食 的 毒 草 大 量 竹 衍 。 载 畜 量 过 大 ,土壤 因 家 冀 反复 上 践 踏 而 板结 , 微 生物 因 缺 氧 而 受到 抑制 ,牧草 高 度 降 低 , 草 被 稀 臣 , 在 强风 的 吹 蚀 下 ,土壤 易于 移 失 , 发 生 砂 化 。
放牧 停止 ,草原 得 以 休养 生息 BARS HRA LARS
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图 4-6 呼伦贝尔 地 区 羊 草 群落 的 滨 替
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(Al 4-6). ESAS EMR A RS A — Ph, AR 应 也 是 生态 系统 反馈 作用 的 具体 表现 。 生 态 系统 的 正 向 次 替 就 是 系统 通过 反馈 作用 而 进行 自我 调节 、 自 我 修复 和 更 新 的 过 程 。 生态 系统 作为 一 种 自然 资源 , 由 于 它 在 一 定 压力 下 具 有 自我 调节 和 更 新 能 力 , 因 而 它 是 一 种 可 更 新 的 自然 资源 ,只 要 我 们 保持 适当 的 压力 ,而 不 超出 一 定 的 限度 ,这 种 资源 是 取 之 不 尽 用 之 不 竭 的 。 关 键 在 于 我 们 掌握 影响 生物 群落 交 替 规 律 的 种 种 因素 , 确定 这 些 因素 的 阔 限 值 。 外 部 压力 不 超过 阔 限 值 , 生 态 系统 在 生物 生产 量 未 断 提 高 的 同时 RTE 额 的 产品 。
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SHS 生态 系统 的 相对 平衡
生态 平衡 是 现代 生态 学 发 展 在 理论 上 提出 的 新 概念 。 前 ,人 们 经 常 谈 到 。 自 然 界 中 ,诸如 森林 缩小 \ 永 次 扩大 ,草原 退化 \ 水 土 流 失 ` 气候 旱 化 \ > BE BEAK IZ ih ABSA 口 膨 胀 等 ,这 些 都 是 生态 平衡 失调 的 表现 。 调 整 ,恢复 和 维护 好 生态 平衡 是 摆 在 我 们 这 一 代 人 面前 的 历史 任务 。
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河流 是 大 家 所 熟悉 的 。 一 条 河流 ,水 在 不 断 的 流动 , 当 上 游 的 给 水 量 大 于 向 下 游 的 排水 量 时 则 河流 的 水 位 上 涨 ; 反 之 ， 则 水 位 下 降 。 给 水 量 等 于 排水 量 时 , 水 位 稳定 不 变 。 所 谓 水 位 稳定 不 变 是 一 条 谭 水 流动 中 的 稳定 状态 ， 并 不 是 静止 不 动 的 稳定 状态 .
生态 系统 是 开放 的 , 物质 和 能 量 不 断 输入 和 输出 。 一 方 面 ， 一 部 分 能 量 和 矿物 元 素 通过 光合 作用 被 系统 中 的 植物 同 化 固定 ,或 者 通过 降雨 、 尘 埃 下 落 、 河 水 六 人 和 地 下 水 渗透 输 人 到 系统 中 来 ; 另 一 方面 ， 一 部 分 能 量 和 物质 又 通过 物理 蒸 发 ,生理 蒸腾 、 各 种 生物 呼吸 、 动 物 迁 移 、 人 类 收获 并 且 带 出 、 土壤 的 次 漏 以 及 排水 携带 等 方式 从 系统 中 输出 。 生 态 系统 中 的 能 量 流 和 物质 流 宛如 河水 六 动 一 样 ， 每 时 每 刻 都 在 不 停顿 的 运动 和 变化 。
在 一 般 情况 下 ， 能 量 和 物质 的 输入 大 于 输出 ， 生 物 量 增 加 ,反之 ,生物 量 减少 如 果 输 入 和 输出 在 较 长 时 间 趋 于 相等 ， 生态 系统 的 结构 和 功能 长 期 处 于 稳定 状态 ,在 外 来 干扰 下 ,能 通过 自我 调节 (或 人 为 控制 ) 恢 复 到 原初 的 稳定 状态 。 生 态 系 统 的 这 种 状态 就 叫做 生态 系统 的 平衡 ， 也 就 是 人 们 常 说 的 生 态 平衡 。 显 然 生 态 平衡 是 动态 的 \ 相 对 的 ,是 一 个 运动 着 的 平 衡 状态 。 在 自然 界 中 ， 一 个 正常 运转 的 生态 系统 ， 其 能 量 和 物质 的 输入 和 输出 总 是 自动 趋 于 平衡 ， 这 时 动 植物 的 种 类 和 数量 也 保持 相对 恒定 。
在 一 个 相对 平衡 的 生态 系统 中 ， 生 物种 达到 最 高 和 最 适
量 ,物种 之 间 彼 此 适应 , 相互 制约 , 各 自在 系统 中 进行 正常 的 生长 发 育 和 繁衍 后 代 , 并 保持 一 定数 量 的 种 群 ,能 够 排斥 其 它 种 生物 侵入 。 生 物种 类 和 数量 最 多 结构 复杂 \ 生 物 量 最 大 、\ 环 境 的 生产 潜力 充分 地 上 发挥 出 来 ,是 衡量 生态 平衡 的 指标 。 保持 相对 平衡 的 生态 系统 具有 一 定 的 稳定 性 。 一 片 未 开 发 的 原始 草原 或 者 原始 森林 生态 系统 是 千 百 年 来 形成 的 。 其
中 植物 ,动物 和 微生物 一 年 又 一 年 ,一 个 世纪 又 一 个 世纪 的 过
去 ,生物 生生 死 死 、 死 死生 生 不 断 的 繁殖 ,不 断 地 更 新 ,然而 它 们 在 系统 中 的 种 类 和 数量 大 体 相 同 。 如 果 , 森 林 中 食 叶 的 昆虫 增加 ,树木 生长 就 受到 危害 ,可 是 食 虫 的 鸟 类 却 因 食物 丰富 而 种 群 大 增 , 这 样 一 来 , 食 时 昆虫 的 增长 又 受到 抑制 ,树木 的 生 长 发 育 伴随 鸟 类 种 群 的 增长 而 恢复 正常 。 生 态 系统 由 于 自我
调节 而 恢复 原初 的 稳 态 。 原 始 森 林 中 的 昆虫 数量 一 般 维持 在
一 个 正常 的 数值 ， 正 是 由 于 鸟 类 和 其 它 动 物 捕食 它 而 得 到 自 动 控 制 ， 才 不 致 于 因 繁 殖 过 多 而 酿 成 虫害 。 草 原 上 每 逢 田鼠 大 量 繁殖 的 年 代 ， 开 年 土产 公司 收购 来 的 狐狸 皮 也 增多 ， 5-1 就 说 明了 这 个 问题 。 一 种 生物 的 种 群 大 量 发 展会 被 另 一 生物 一 一 它 的 天 敌 所 控制 。 捕 食 者 和 被 食 者 的 种 群 数 量 在 发
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数量 (以 千 计 )
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AAAAANREScAAAAAAARARAARARAARAA
1943 19441945 1946 1947 1948. (4) 图 5-1 ， 旅 鼠 与 狐狸 的 种 群 变 化 曲线
1845 1855 1865 1875 1885 ”1895 De 6 6p. CUB 时 间 ( 以 年 计 ) 图 5-2 ”野兔 和 山猫 的 种 群 变化 曲线 展 中 趋向 平衡 ， 这 方面 的 实例 很 多 (图 5-2)
在 水 域 生态 系统 中 也 有 类 似 现 象 。 春 季 ,水 温 上 升 KE 植物 和 动物 的 代谢 过 程 加 快 。 由 于 呼吸 作用 增强 ,使 水 中 二 氧化 碳 含量 增加 ,氧气 减少 。 水 温 的 变 高 促使 植物 光合 作用 旺盛 ,吸收 大 量 的 二 氧化 碳 , 放 出 氧气 ,这 样 ,水 中 二 氧化 碳 和 氧气 的 含量 又 恢复 了 正常 。
再 如 ,在 森林 生态 系统 中 ,树木 依靠 吸收 土壤 中 营养 物质 生活 ,树叶 凋落 后 ,经 微生物 分 解 腐 烂 变 为 可 吸收 的 营养 物质
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还 给 了 土壤 ,供给 植物 再 次 摄取 利用 。 物 质 这 样 循环 不 止 , 森 林 就 可 以 自己 养活 自己 。 以 上 实例 说 明 , 生态 系统 是 一 个 调 节 控制 系统 ， 它 具有 反馈 机 能 ， 使 它 能 自动 调节 和 维持 自己 稳定 的 结构 和 功能 。 |
能 量 和 物质 在 生态 系统 内 流动 与 循环 过 程 中 ， 每 一 种 变 化 , 反 过 来 又 影响 其 变化 的 本 身 。 生态 系统 就 是 通过 这 种 因 果 关 系 来 维持 其 发 展 中 的 相对 平衡 的 。 生态 系统 的 这 种 能 力 , 叫做 自动 调节 能 力 。 生态 系统 的 稳定 性 是 由 这 种 自动 调 节能 力 来 维持 的 。
生态 系统 全 成熟 ; 内 部 小 生境 愈 多 样 , 生物 种 就 全 丰富 ， 食物 网 也 愈 复杂 , 这 时 能 量 和 物质 通过 多 条 渠道 流通 。 一 条 途径 出 了 问题 ,可 以 通过 其 它 通道 来 代 偿 ,逐渐 又 会 达到 一 个 新 的 平衡 ， 这 就 是 顶 极 群落 自我 调节 能 力 高 、 稳 定性 强 的 原 因 。
但 是 ,生态 系统 的 自动 调节 能 力 具 有 一 定 的 限度 ;即使 调 节能 力 很 强 的 生态 系统 对 外 来 冲击 的 耐 受 力也 是 有 限度 的 。 只 是 在 某 一 限度 内 可 以 自我 调节 自然 界 或 者 人 类 施加 的 干 扰 , 这 个 限度 叫 “ 生 态 阔 限 *。 超 越 了 生态 阔 限 ,自动 调节 降低 甚或 消失 , 生态 平衡 失调 ,系统 中 有 机 体 的 数量 减少 ,生物 量 下 降 ,能 量 流动 和 物质 循环 发 和 障碍 ,这 一 系列 连锁 反应 导致 整个 系统 慢性 崩溃 。
当然 ， 不 同 的 生态 系统 在 其 发 育 的 不 同 阶段 或 不 同 季节 其 生态 阔 限 也 是 不 同 的 。 在 很 大 程度 上 决定 该 系统 成 分 的 多 样 性 和 能 量 流 、 物 质 流 的 复杂 性 。 北 极 的 苦 原 环境 严酷 ,生态 系统 结构 简单 , Rib. SRW, 很 少 有 其 它 植物 可 供 草食 动物 食用 。 如 果 地 衣 、\ 苦 花 大 面积 被 破坏 ; 那 就 立即 威胁 以 地 衣 为 生 的 驯鹿 , 接着 也 就 会 威胁 其 它 肉食 动物 。 这 种 影响 通 过 食物 链 传播 开 ,一 直到 无 机 环境 。 再 如 , 2, 植物 种 属 单
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， 纯 ,生态 阔 限 低 ， 是 自动 调节 能 力 小 、 稳 定性 差 的 生态 系统 。 小 半 灌 木 的 花 科 植物 及 蒿 类 是 薄 漠 第 一 性 生产 量 的 决定 者 ， 假若 这 些 植 物 受到 严重 损害 ， 那 些 依赖 它们 为 生 的 跳 鼠 、 羚 羊 . 野马 等 动物 将 无 法 生存 。
在 生物 种 属 繁 多 ,食物 网 复杂 的 热带 雨林 中 ,每 一 平方 米 有 树木 几 十 到 上 百 种 ,如 果 某 种 或 某 几 种 树木 受到 危害 ,其 它 树种 可 以 起 到 代 偿 作用 ,生态 系统 的 一 切 功 能 照常 运行 。
我 国 的 温带 草原 ,每 年 要 经 历 长 达 六 、 七 个 月 的 冬季 ， 每 当 冬 去 春来 时 节 , 西 南 风 盛行 ,强劲 的 西风 容易 吹 蚀 突破 草 被 覆盖 较 薄 的 地 段 。 把 沙土 层 翻 扬 起 来 ,引起 草原 砂 化 。 冬 未 春 初 是 草原 生态 平衡 脆弱 的 时 刻 ,容易 遭 到 破坏 。 例 如 苏联 ;五 十 年 代 至 六 十 年 代为 了 扩大 耕地 面积 ; 在 中 亚 草 原 地 区 言 目 毁 草 造田 ,破坏 了 草原 植被 加 之 ,耕作 制度 混乱 ,造成 新 垦区 严重 风蚀 。 春 初 , 松散 表土 经 常 被 风 刊 起 而 酿 成 巨大 的 黑 风 暴 , 仅 1963 年 一 次 黑 风 暴 就 毁 掉 了 三 亿 亩 农田 ,造成 了 既 毁 了 草原 又 丢掉 了 农田 的 恶果 。
因此 ,在 开发 和 改造 生态 系统 之 前 ,必须 深入 研究 生态 平 衡 规律 ;掌握 影响 生态 平衡 的 因素 , 确定 生态 阔 限 , 这 样 才 能 保证 开发 措施 施加 给 生态 系统 之 后 ， 既 能 获得 高 额 的 生物 量 又 能 使 其 结构 和 功能 保持 在 相对 平衡 的 状态 中 持续 运行 。
= 影响 生态 平衡 的 因素
有 位 科学 家 曾 风趣 地 说 : 每 当 婴 孩 把 玩物 从 摇篮 中 抛 出 时 , 他 便 在 宇宙 一 切 星 球 运动 中 引起 摄 动 。 这 种 说 法 虽 有 些 夸张 ， 但 也 说 明了 上 自然 界 的 一 切 现象 都 是 相互 关联 的 。 任何 目 然 或 人 为 因素 的 变化 都 会 引起 生态 系统 发 生 反 应 ， 进 而 影 响 生 态 系统 的 平衡 。 不 过 ,由 于 生态 系统 有 自动 调 市 能 力 ,可
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在 一 定 限 度 内 重新 平衡 ,保持 本 身 的 稳定 状态 s
影响 生态 系统 平衡 的 因素 不 外 乎 自然 因素 和 大 为 因素 两 大 类 。 当 前 ,人 类 的 影响 已 经 遍及 全 球 , 这 两 种 因素 往往 互相 结合 , 互 为 因果 以 致 在 实际 中 难以 区 分 。 一 且 打 破 生 态 平衡 ， 就 会 发 生 连 锁 反 应 ,甚至 出 现 意 想 不 到 的 生态 后 果 。
(—) 环境 sas ene 平衡 的 影 啊
火山 喷发 .地震 山洪 海啸 泥石流 和 雷电 火烧 等 等 都 可 使 生态 系统 在 短 时 间 内 遭 到 破坏 ,甚至 毁灭 。 但 是 ,这 些 环境 剧烈 变化 频率 不 高 ， 而 且 在 地 理 分 布 上 有 一 定 的 局 限 性 和 特 定性 ， 所 以 , 对 生态 系统 的 危害 还 是 不 大 的 。 雷击 电 火 时 党 引起 森林 和 草原 大 面积 火灾 ,使 生态 系统 严重 破坏 。
(=) 人 为 因素 对 生态 平衡 的 影响 1. 破坏 植被 引起 生态 平衡 失调
人 类 或 由 于 认识 不 足 , 或 从 眼前 的 利益 内 发 ,大 面积 毁坏 森林 ,草原 和 其 它 植 被 , 打 乱 生态 平衡 , 引起 链 锁 反 应 。 有 些 科学 家 估计 ,每 消灭 一 种 植物 ,将 有 二 十 到 三 十 种 依赖 于 这 种 植物 生存 的 动物 随 之 消失 。
破坏 了 生态 系统 的 第 一 性 生产 者 ,不 仅 减 少 了 固定 太阳
辐射 的 总 能 量 ,系统 中 的 第 二 性 生产 者 必 将 随 之 逃 获 , 甚 或 绝 灭 。 地 面 失 去 植被 ,水 土 流失 ,气候 变 干 , 水 源 枯 泗 ,这 方面 的 实例 举 不 胜 举 .西非 撤 哈 拉 地 区 ,十 九 世 纪 中 时 以 来 才 变 得 干 BS FRE RASA A, 供养 了 当地 渔民 。 这 条 河 补给 的 一 个 湖泊 1913 年 以 前 也 是 一 个 永久 湖 。 由 于 刀 耕 火 种 ,粗放 经 营 , 过 度 放 牧 , 无 节制 地 开发 水 源 ,如今 变 为 落
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E-APVRAMEAKEYRSEAMS E-BETOAM, | 向 北 知 侵 士 万 公顷 农田 ,沙漠 不 断 扩大 已 成 为 世界 性 问题 。 据 «KABA. 近 十 年 来 , 全 世界 每 年 有 5 一 7 万 平方 公里 的 土 ， 地 出 现 沙 席 化 。
我 国 的 大 规模 沙漠 化 也 是 干旱 及 半 和 干旱 地 区 在 自然 因素 — 和 人 为 活动 相互 作用 下 生态 平衡 被 破坏 造成 的 结果 。 从 这 些 地 区 的 环境 来 看 ,干旱 多 风 ，, 降水 变 率 大 , HRA 沙 质 沉积 物 ， 这 是 发 生 沙漠 化 的 潜在 性 因素 。 过 度 的 垦 植 和 放牧 ,以 及 随 着 人 口 增多 而 带 来 的 无 节制 的 检 柴 (甚至 连 树 根 刨 出 ) 等 活动 ,对 植被 的 破坏 是 出 现 沙 漠 化 的 人 为 因素 。
内 蒙古 乌 兰 布 和 沙漠 梭 梭 林 在 1964 年 面积 达 两 千 多 平 方 公里 , 近 十 几 年 来 ,由 于 乱 砍 小 伐 ,过 度 放 牧 ， 毁 林 造 田 , 造 成 一 片 裸 地 。 原来 固定 和 半 固 定 的 沙丘 变 成 了 荒 沙 , 以 致 危 害 农田 牧 场 ,这 便 是 破坏 生态 平衡 的 一 例 。
我 国 东北 西 辽 河流 域 的 科 尔 沱 沙 地 ， 也 是 近代 人 们 破坏 植被 引起 生态 平衡 失调 的 产物 。 科 和 尔 沁 沙 地 现 是 我 国 十 大 沙 漠 之 一 ,但 从 那里 的 降水 量 有 300 一 500 毫米 及 其 和 温度 配合 的 情况 来 看 , 不 应 出 现 大 面积 的 流动 沙丘 。 那么 它 又 是 怎样 形成 的 呢 ?
科 和 尔 沱 沙 地 分 布 在 西 辽河 冲积 平原 上 。 第 四 纪 朴 松 的 沙 质 沉 积 物 厚 达 一 百 余 米 。 目前 在 沙丘 和 低洼 地 上 常 可 见 到 东西 走向 的 淡水 湖泊 , 这 都 是 以 前 旧 河 床 的 残迹 。 在 有 些 沙 人 丘陵 的 沟谷 里 仍 生 长 有 少量 由 榆 、 栎 、 械 等 乔木 组 成 的 森 Pk; FB BRAGA EL, 1942 年 以 前 还 有 茂密 的 油 松 林 , BS MADERA. KERR ER 表明 那里 以 前 曾 是 森林 与 草原 相间 分 布 的 森林 草原 带 。 | BAHAR. 大 面积 毁 林 和 开垦 草原 , 植被 遭 到 破坏 ， +R, 一 般 耕 作 2 一 3 ER. 沙 质 土 层 无 植被 保护 ，
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经 过 干旱 风 季 , 沙 层 被 风 吹 扬 而 起 ,形成 流动 沙 乓 。 流 沙 首 先 在 居民 点 ,牧场 和 耕地 附近 以 斑点 出 现 , 逐 渐 连 接 成 片 。 就 这 样 , 一 块 肥 美的 草原 便 退 化 成 沙漠 。 目前 , 在 这 号 称 八 百 里 “瀚海 ?的 科 和 尔 泥 沙 地 中 , 有 的 流动 沙丘 相对 高 度 可 达 30 一 50 米 。 把 科尔沁 沙 地 称 做 人 造 沙 漠 绝 不 过 分 。 沙 并 是 丧失 生产 能 力 的 土地 ,一 旦 形成 ,更 加 剧 了 气候 的 旱 化 , 任 其 自然 发 展 ， 不 可 能 自行 恢复 为 森林 草原 生态 系统 。
科尔沁 沙 地 仅仅 是 草原 沙化 的 一 例 。 粗略 估计 ， 我 国 在 历史 时 期 形成 的 沙 并 化 土地 约 有 12 万 平方 公里 ,为 目前 全 国 耕地 面积 的 1.5 倍 。 近 数 十 年 来 ,由 于 开放 利用 不 当 , 造成 沙 漠 化 土地 已 达 2.7 万 平方 公里 ,相当 于 我 国 耕地 面积 的 35 匈 。 这 是 多 么 惊人 的 数字 啊 !
黄河 中 下 游 的 黄土 高 原 ， 本 来 是 森林 草原 相 结合 的 森 条 草原 带 。 黄 河 之 水 本 来 也 是 清 的 。 在 历史 上 ，, 十 三 世纪 成 吉 思 汗 曾 看 中 了 这 个 肥沃 的 地 方 , 把 它 叫 做 “ 额 尔 多 斯 ”, 蒙 语 原 意 是 “胜利 的 起 点 ”"。 从 埋藏 的 土壤 也 可 以 证 明 这 里 不 仅 有 过 茂密 的 森林 ,还 兽 有 过 肥美 的 草原 。 后 来 ,经 过 几 百 年 来 封建 王朝 掠夺 式 的 开发 , 反复 地 、 连续 小 伐 森 林 和 小 垦 草 原 , 超 过 生态 阔 限 ,森林 被 席 殖 尽 , 草 原 面积 大 大 缩小 ,气候 反常 ,雨量 稀少 , 沙 度 南 移 。 破 坏 了 森林 草原 的 生态 平衡 ,成 为 一 片 片 芒 山 秃 岭 , 水 土 流失 严重 , 大 量 泥 沙 被 河水 带 到 华北 平原 ,造成 下 游 河床 逐年 升 高 ,形成 世界 罕见 的 * 悬 河 ”, 威 胁 着 黄河 干 游 两 岸 人 民 的 安全 。 仅 防 汛 任务 ， 每 年 就 要 付出 巨大 的 开支 。 这 是 生态 平衡 失调 的 后 果 。 今 天 要 恢复 到 原来 的 森林 草原 生 态 系统 已 相当 困难 , 教训 深重 啊 ! 黄河 流域 既是 我 们 中 华 民 族 的 发 祥 地 ， 又 是 我 们 祖宗 不 懂 生 态 平 衡 这 个 科学 道理 造 都 于 子孙 的 见证 4
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2. 生物 种 类 减少 与 生态 系统 的 稳定 性 下 降
顶 极 群落 ,生物 种 类 丰富 而 均衡 ,食物 网 纵横 交织 ， 系 统 -的 稳定 性 大 。 如 果 某 一 生物 种 偶然 增加 或 减少 , 其 它 种 类 可 予以 抑制 或 代 偿 ,保证 生态 系统 的 功能 正常 进行 。 反 之 ,处 于 演 替 初级 阶段 的 生态 系统 和 单一 种 植 的 农田 及 人 工 林 ， 生 物 种 属 简单 ,生态 系统 的 稳定 性 脆弱 。
例如 ,苏联 中 亚 的 言 尔 吉 斯 草原 ,地 表 和 人 微波 起 伏 。 上 万 年 形成 的 原始 大 草原 被 彻底 开明 后 , 一 年 之 间 景 观 大 变 。 在 单 一 种 植 的 帮 地 上 ,昆虫 由 330 种 下 降 到 142 种 。 但 是 ,一 平方 米 ARORA INT 0.8 倍 ， 而 且 优 势 种 仅仅 有 19 种 却 占 总 个 体 数 的 94.2 色 。 也 就 是 说 , 昆虫 的 种 类 减少 ， 但 某 些 种 的 个 体 数 却 急剧 增加 。 每 平方 米 优势 种 的 个 体 数 与 总 个 体 数 之 Lb, RHA 94.2%, FARR A 54.4%, 昆虫 多 样 化 指数 越 高 ， 系 统 稳定 性 越 大 ， 原 始 草原 为 麦田 的 2.6 倍 ( 表 5-1)。 对 虫害 进行 系统 分 析 ,结论 是 二 级 消费 者 种 类 越 多 ,昆虫 的 种 间 竞 争 越 激烈 ， 一 级 消费 者 一 一 草食 性 昆虫 种 群 的 稳定 性 越 Ko 可 见 维护 生态 平衡 ,保持 生物 群体 的 多 样 性 是 绝对 必要
表 5-1 原始 草原 与 小 麦田 昆虫 数量 的 比较
昆虫 数量- 原 始 草 原 i) # Bm 种 数 330 142 每 平方 米 个 体 数 CA) 199 351 优势 种
种 ” 数 (CGS) 41 19 人 CEB) 112.2 331.6
B/A (%) 54.4 94.2 多 样 化 指数 (Cd) 62.15 24.06
d=(S—1)LnN N; 总 个 体 数
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的 ,这 叫做 “多 样 性 导致 稳定 性 规律 ”。
爱尔兰 的 马铃薯 灾 害 事 件 可 做 为 生物 种 类 单调 ， 结 构 简 单 , 生 态 系统 易于 崩溃 的 明显 例子 。
十 八 世纪 ,马铃薯 引 进 爱 尔 兰 初期 , 因 其 产量 高 而 大 面积 单一 种 植 。 可 是 在 1845 一 1848 年 连续 四 年 中 ,由 于 真菌 枯 姜 病 的 危害 ,马铃薯 几乎 毫 无 收成 。 农 田 生 态 系统 频 于 瓦解 , 灾 荒 几 乎 席卷 爱尔兰 ,损失 惨重 。
人 工 营造 的 纯 林 ,一 旦 遭受 外 部 某 一 压力 ,例如 昌 害 , 生 AAG Hi
Plan, BIER, FUERA ES MILRE RTD PK TB Lh, HARA HK RAIL FS MSS, BEM 也 难以 幸免 。 但 是 ,在 天 然 的 针 阔 混交 林 中 ,常常 见 到 油 松 和 赤松 昂首 挺拔 , BAEY, 究 其 原因 是 由 于 油 松 或 赤松 纯 林 ， 树种 单一 , 结构 简单 , 肉食 性 昆虫 很 少 , 松 干 内 种 群 几 乎 没有 天 敌 控制 ,得 以 爆发 性 发 展 。 林 内 又 无 阔叶树 间隔 , 它 可 以 畅 行 无 阻 的 地 迁移 蔓延 , 造成 松林 大 面积 死亡 。 在 油 松 或 赤松 与 阔叶树 的 混交 林 中 , 植物 性 食料 多 样 化 ,小 生境 类 型 多 ,给 多 种 肉食 性 昆虫 提供 了 栖息 的 环境 和 丰富 的 食物 ， 松 干 崔 的 AWS, 自 可 控制 或 降低 松 干 内 的 虫口 密度 。 阔叶树 既 可 调节 天 敌 食物 的 短缺 ,又 是 松 干 崔 迁 飞 的 天 然 屏障 。
当 林 冠 上 松 干 蚊 的 虫口 密度 为 290 只 /100 厘米 2 而 它 WRK AAA 0.2 只 /100 厘米 ?， 蒙 古 标 虫 为 0.1 员 /100 厘米 ? 扑 虫 花 晴 为 0.21 只 /100 厘米 :的 时 候 , 在 一 块 二 十 年 生 的 赤松 林 中 ,这 些 天 敌 基本 上 就 可 以 控制 住 松 干 内 的 危害 ( 据 辽宁 省 林 科 所 )。 当 松树 上 缺少 异 色 球 虫 的 食 yar 时 ， 它 们 便 迁 飞 到 阔叶树 上 去 寻找 食物 。 阔 叶 树 可 做 为 松 二 娘 的 天 敌 一 一 异 色 球 虫 的 临时 “住处 ”和 食堂 。 因 此 ,赤松 -了 阔 叶 混交 林 , 比 赤松 纯 林 的 抗 虫 害 能 力 强 得 多 。
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3. 食物 链 破 坏 与 生态 平衡 失调
食物 链 是 生产 者 消费 者 和 分 解 者 相互 联系 的 纽带 ,是 生 态 系统 中 能 量 流 动 和 物质 循环 的 渠道 。 如 果 这 一 纽带 和 深 道 的 某 一 环节 出 现 障碍 ， 必 然 导 致 生态 系统 各 功能 单位 之 间 联 系 中 断 ? 于 是 能 量 停 止 流动 ,物质 停止 循环 , 生态 系统 平衡 失 调 。
例如 有 大 在 草原 上 和 人 工种 草 , 为 了 防止 鸟 把 草 籽 毁 掉 ， 用 网 把 试验 区 单 二 ,经 过 一 段 时 间 发 现 , 草 的 叶子 几乎 被 虫子 吃 光 了 。 原来 由 于 日 网 阻 断 了 鸟 的 进入 , 鸟 飞 不 进去 ,结果 害 HAZE MK, 草 叶 被 吃 光 了 。 而 未 加 单 网 的 天 然 草 原 反而 草 叶 生长 良好 。 这 说 明 由 于 日 网 破坏 了 草 一 一 虫 一 一 乌 之 间 的 食物 链 而 引起 生态 系统 的 平衡 失调 。
再 如 ;条 北 省 龙 部 地 区 ,在 麦收 时 节 , 据 统计 ,每 亩 麦田 约 A 50—100 只 青蛙 ,一 只 青蛙 一 天 可 食 50 一 200 只 害虫 。 青 be SE — AR RIF RS TIA -K 600 一 1000 只 害虫 。 因此 依靠 这 种 天 然 的 ` 除 虫 剂 ” 一 一 青蛙 ,基本 上 可 以 控制 害虫 , 保 证 小 壹 的 收成 。 近 几 年 ， 有 些 人 用 蛙 喂 养 和 肉鸡, ARR bE | + A KARE DT IA 500—1,000 只 之 多 ,不 到 几 年 ,该 地 区 RIL MTB. 麦田 因 无 蛙 类 捕食 害虫 ,结果 粘 虫 大 肆 繁殖 TCA, HRA ES MANA BLAH HAT. 玉米 和 高 粱 等 受害 。 为 了 消灭 害虫 ABAKE ERAS
前 面 苑 经 谈 到 ;单一 种 植 作物 的 农田 本 身 就 是 一 个 脆弱 的 生态 系统 8。 麦田 蛙 类 吃食 害虫 维持 着 生态 系统 的 平衡 ， 人 们 出 于 眼前 利益 捕 所 蛙 类 ， 切 断 了 蛙 类 一 一 害虫 小 麦 之 HDS mH. 打破 了 才 田 的 生态 平衡 ,结果 害虫 四 起 , NE, 高 梁 \ 谷 子 等 农田 作物 减产 损失 很 大 。
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4. 污染 物质 对 生态 系统 的 危害
工业 三 废 和 生活 垃圾 中 有 很 多 有 毒物 质 , 这 些 有 毒物 质 进入 生态 系统 产生 很 大 的 破坏 作用 。 农业 生产 中 大 量 喷 撤 杀 虫 剂 和 除草 剂 , 有 毒物 质 沿 着 食物 链 转移 富 集 ,给 生态 系统 . 造成 不 可 换 回 的 后 果 , 也 给 人 类 的 健康 融 来 了 极 天 的 威胁 ,这 . 些 问 题 将 在 第 六 章 专 门 叙 述 。
生物 圈 是 人 类 生活 和 从 事 生产 的 场所 ， 其 中 的 各 类 生态 : 系统 又 是 各 种 自然 资源 。 人 类 需要 的 粮食 ` 纤 维 \ 燃 料 \ 肉 类 等 都 是 生态 系统 的 产物 。 随 着 人 吕 的 增加 和 生产 工具 的 不 断 完 善 , 人 类 对 各 种 自然 资源 的 利用 不 断 扩 大 和 加 深 , 因 而 对 各 类 生态 系统 的 干扰 也 日 益 加 强 。 如 今 地球 上 未 被 人 类 影响 的 纯 . 自然 生态 系统 几乎 是 不 存在 了 。 大 类 的 每 一 项 生产 活动 都 目 觉 或 不 目 觉 地 影响 着 生态 系统 的 平衡 。 所 以 ,人 类 的 三 切 医 - 动 都 与 生态 活动 紧密 相关 。 充分 认识 生态 系统 的 结构 、 动 态 : 及 其 变化 规律 ， 就 可 以 有 意识 地 为 生态 系统 的 生产 者 创造 必 要 的 良好 条 件 , 铲 除 不 利于 它 生长 发 育 的 消费 者 ,促进 分 解 者 的 分 解 转化 作用 ,以 及 能 量 交换 与 物质 循环 , 提高 生态 效率 ， 从 而 创造 更 高 的 生物 产量 。 自 然 生态 系 统 对 光 能 的 利用 率 仅 . 在 0.1 一 0.5 多 左右 ， 最 多 不 超过 1%. 农田 生态 系统 对 太阳 能 的 利用 率 可 高 达 2 一 3 多 ， 甚 至 5 多 ， 这 是 人 类 征服 自然 界 的 一 个 不 小 的 胜利 。
但 是 ,人 类 在 取得 这 些 胜利 的 同时 ,由 于 生态 学 知识 的 限 制 , 还 不 能 彻底 揭示 生态 系统 的 全 部 奥秘 。 当 我 们 向 生态 系统 . 索取 时 ,往往 带 有 很 大 的 谨 目 性 , 干 了 一 些 春 事 ,其 结果 ,是 严
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重 破坏 子 生态 平衡 ,受到 了 大 自然 的 惩罚 。 为 此 ,大 们 业已 村 ”出 了 相当 大 的 代价 ， 并 将 继续 付出 应 有 的 代价 。 无 节 制 的 乱 砍 滥 伐 森 林 , 造成 水 土 流失 , 气候 恶化 , 河水 断 流 ; BAAR
草原 引起 植被 退化 和 沙化 ; 以 及 不 合理 灌溉 引起 土地 盐 碱 化 等 等 ， 都 是 生态 系统 对 这 些 干 扰 做 出 的 “回答 。
我 们 不 是 消极 的 自然 主义 者 ， 更 不 是 主张 人 类 要 回 到 原 始 草莽 时 代 的 生态 平衡 中 去 生活 。 恰恰 相反 ， 随 着 人 类 社会 经 济 的 发 展 , 生 产 力 不 断 提高 和 生产 工具 不 断 改 进 , 人 类 必 将 越 来 越 深刻 地 改变 生态 系统 的 面 角 ， 自 然 界 中 的 生态 平衡 不 斯 被 打破 ， 而 代 之 一 新 的 平衡 。 问题 在 于 这 个 新 的 生态 平衡 是 优质 高 产 的 平衡 ,还 是 劣质 低产 的 平衡 ,如 果 我 们 对 生态 系 统 的 利用 和 改造 符合 生态 平衡 规律 ， 生 态 系统 的 平衡 将 不 断 向 着 优质 高 产 的 方向 发 展 。 否则 , 生态 系统 必然 在 逆向 演 蔡 中 不 断 退化 、 枯 竭 甚至 崩溃 ,最 终 会 导致 大 范围 内 生态 环境 的 恶化 ,危及 人 类 的 生活 。
认识 和 掌握 生态 平衡 规律 ， 以 优质 高 产 的 平衡 代替 劣质 低产 的 平衡 ,进而 创造 生物 生产 力 更 高 的 人 工 生态 系统 ,是 生 态 学 面临 的 艰巨 而 又 光荣 的 任务 。
那么 ,我们 应 该 遵守 哪些 生态 学 规律 呢 ?
(—) 收获 量 要 小 于 净 生 物 生 产量
目 然 资源 可 分 为 三 类 : 一 类 是 自然 恒定 资源 ,如 太阳 光 、 热能 及 大 气 降水 等 等 ;二 类 是 矿产 资源 ,如 煤 ` 石 油 \ 天 燃气 等 等 ; 第 三 类 是 生物 资源 ， 如 植物 和 动物 等 。 一 个 地 区 的 太阳 光 、\ 热 等 动力 资源 的 多 少 不 依 人 们 的 意志 为 转移 ,基本 上 是 恒 定 的 。 矿 产 资 源 被 开发 后 ,用 一 点 少 一 点 ， 不 能 再 生 , 这 叫 不 可 更 新 的 资源 。 生 物资 源 则 不 然 , 可 以 繁殖 后 代 , 不 断 产 生 新
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NTA, HBG SAS He A Bho ERARET ARPEN ARR. ez TeMEEARAY, RAEE SASH TERMS TROT, ERARAHERAMZA ROBART. BRAKRMVESAAPLRE MRS 不 能 超过 它 的 生产 量 。 RET RARER Rae 的 生态 平衡 法 则 。
根据 这 一 法 则 ，; 对 任 一 森林 的 采花 量 必 须 等 于 或 水 手 其 生长 量 , 即 植物 生产 量 。 否 则 ,森林 面积 将 日 益 缩 小 或 者 将 逆 问 演 敬 为 灌 从 和 草地 ,甚至 成 为 基 岩 裸露 的 不 毛 之 地 sf 草 原 的 载 畜 量 也 必须 和 产 草 量 相 平衡 不然 草原 就 会 退化 号 这 就 是 森林 生态 系统 和 草原 生态 系统 的 生态 阔 限 。 mW tae
回顾 中 外 历史 ; wibbaihanttpiiactannnsbscctgnich coer 平衡 法 则 ， inept as
IMT FOR > 地 球 陆地 有 — 5 的 面积 为 森林 生态 系 统 所 上
据 ; 总 面积 达 76' 亿 公顷 ， 折 合 江 140 亿 亩 。 由 于 大 口 不 断 增 加 ,对 森林 不 断 的 砍伐 ,速度 远 远 超过 每 年 的 生长 量 ， FIFI 世纪 中 时 ， 减少 到 55 亿 公 顷 《1862 年 )o。 进 估 本 世纪 交 壮 年 代 , 则 减少 到 38 亿 公 顷 963 年 )。 联合 国 粮农 组 织 于 1968 年 一 1972 年 对 全 球 森 林 资 源 调查 结果 ， 全 球 森 林 覆 盖 率 仅 22 色 ,平均 每 人 占有 森林 面积 只 有 .0.8 公顷 。(
森林 生态 系统 遭 到 破坏 之 后 ,资源 锐 减 ， 二 水 土 MA; RMT» MAT Ko
我 国 也 存在 类 似 情 况 。 小 兴安 岭 本 是 名 贵 树 种 二 一 红 松 的 老家 ,以 红 松 为 主体 组 成 的 原始 林 ; MORRIE Mi, 我 国 重要 的 林业 基地 。 但 是 ,前 些 年 由 于 元 味 追求 采伐 量 , 忽 略 子 采伐 量 与 生长 量 的 平衡 关系 ， 森 林 资 源 丰 富 的 本 兴安 岭 少 则 和 斗 五 年 ,多 则 廿 年 就 将 没有 成 熟 林 可 采 了 。
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水 兴安 岭 的 伊 春 地 区 ,解放 初期 ,森林 总 蓄积 量 近 41,500
FIMFBA > BV1978 HAAR FE 25,000 万 立方 米 ， 三 十 年 就 砍
J 40%, 1953 一 1978 年 营造 的 人 工 林 ， 可 望 成 林 的 面积 只 有 29 而 公顷 从 数字 上 看 全 地 区 虽 有 : 60 多 HRM ER BAMA BRR. 1950 年 ,平均 每 公顷 的 曹 积 量 是 198 立方 米 , 现 在 减少 到 100 立方 米 , 每 棵 树 单 株 材积 也 由 1950 FAY 1.21 立方 米 平 降 到 :0.5 WARK. 1962 年 普查 ; 红 松 林 鞋 积 量 还 占 全 伊 春 地 区 森林 总 鞋 积 量 的 49 多 ; 现在 已 下 降 到 17%。 伊 春 林 区 所 属 十 六 个 林业 局 ， ai WAS os 可 采 巴 ;有 七 个 局 资源 也 不 多 了 。
三 由 于 森林 面积 减少 ,气候 恶化 ,环境 质量 下 降 , 使 这 一 地 区 的 农业 生产 也 受到 一 定 的 危害 。
我 国 其 它 林 区 也 有 类 似 问 题 , 因 此 , 现 应 根据 各 林 区 兆 第
二 性 生产 量 的 高 俐 ,对 采伐 量 加 以 调整 ;使 各 地 的 森林 生态 系 统 向 着 优质 高 产 的 生态 平衡 发 展 ， FOIE Hh LVR 5 万 木 常 青 。 我 国 草原 多 分 布 在 温带 半 于 旱地 区 ， 年 净 第 一 性 生产 量 HE 300 克 / 米 让 右 ， 多 属 阔 质 草原 ， 春季 干旱 多 风 ， 生态 平衡 比较 脆弱 , 极 易 遭 到 破坏 。 因 此 ,更 要 重视 维护 生态 系统 的 平衡 ,掌握 其 发 展 规律 , 根据 产 草 量 的 多 少 , 合 理 安排 收养 消费 者 一 一 家 畜 的 数量 。 前 些 年 , 由 于 没有 遵守 这 二 生态 学 规律 ,请 虽 追 求 家 冀 的 存栏 头 数 ， 夏 秋 草 场 载 畜 量 过 大 ”造成 草原 退化 ; 冬 春季 饲 草 不 足 , 家 畜 大 批 死亡 就 全 国 范围 来 看 ， 家 冀 - 秋 肥 冬 瘦 春 死亡 的 现象 仍 是 普遍 的 。 如 果 能 根据 越冬 饲 草 的 数量 ,在 人 冬 前 及 时 淘汰 一 部 分 家 畜 , 既 可 提高 家 畜 的 商 哼 率 和 周转 率 ? 增 加 畜产 品 , 又 能 保证 存栏 的 家 畜 得 以 健壮 Wo
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(=) 调整 食物 链 与 维护 生态 平衡
能 量 通过 食物 链 逐 级 传递 ， 物 质 在 食物 链 与 环 弄 之 间 不 断 地 循环 。 食 物 链 是 生态 系统 能 量 流 和 物质 流 的 渠道 。 渠道 ARE” He’ SE ,是 维护 生态 系统 平衡 的 重要 条 件 。
澳大利亚 生态 学 家 在 草原 生态 系统 的 食物 链 中 成 功 地 增 进 了 一 个 环节 ,妥善 地 维护 了 生态 平衡 ,是 一 个 生动 而 有 趣 的 实例 。
我 们 知道 ,澳洲 大 陆 很 早 就 与 其 他 大 陆 分 离 , 向 南极 方向 漂移 而 去 。 由 于 四 周 环 海 , 地 理 环境 封闭 , 自然 条 件 简 单 ， 生物 区 系 独 具 一 格 。 澳洲 至 今 还 保存 了 不 少 十 老 的 动物 5 直 于 澳洲 草原 广阔 ， 天 然 牧草 资源 十 分 丰富 ， 自 1925 年 起 ,从 印度 和 马 来 亚 引入 当 地 没有 的 牛 、 羊 等 家 畜 ， 大 为 发 展 畜 牧 Wo 但 是 在 牛 娄 上 产 卵 并 繁殖 后 代 的 蝇 子 也 随 之 带 进 了 澳 洲 。 据 估算 , 牛 群 每 年 的 排 娄 量 高 达 几 百 万 块 晶 子 有 了 养料 丰富 的 人 莘 生 地 ,也 迅速 地 蔓延 起 来 。 到 了 本 世纪 五 十 年 代 末 ， 蝇 子 已 十 分 猩 狐 。 六 十 年 代 ,一 些 生态 学 家 到 澳洲 进行 草原 考 察 , 看 到 首都 一 一 坎 培 拉 交 通 警 察 的 手 不 时 地 在 脸 前 摆动 5 开 始 被 误 认为 是 当地 的 一 种 礼节 ， 后 来 才 知道 他 们 是 在 驱赶 险 前 的 蝇 群 。
大 批 蝇 群 追 随 着 牛 群 , 贪 禁地 吸 唤 着 牛 的 体液 ,严重 危害 着 牛 的 健康 。 使 牛 的 畜产 品 下 降 。 蝇 子 成 为 澳洲 牧 业 的 二 大 LS, Ab ARS RHA LOOKERS, ARRAS RY 气候 条 件 下 风 王 硬化 ， 几 年 也 不 分 解 。 被 数 块 遮 压 的 牧草 呈 “ 黄 化 ?现象 ,不 久 即 枯死 。 草 地 出 现 一 块 块 秃 斑 ; 寡 畜 可 利用 的 草地 日 趋 减少 。 草 原生 态 系统 由 于 草 一 一 牛 一 一 蝇 一 一 大 之 间 的 生态 平衡 出 现 了 严重 的 问题 ,畜牧 业 的 发 展 受 到 阻碍 ，
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引起 子 大 们 极 大 的 关注 。
为 了 防治 蝇 害 ，1928 年 ,首先 在 几 个 牧 业 州 的 边境 设立 了 隔离 带 ， 宽 50 公里 ,不 准 家 冀 来 往 ， 并 且 用 杀 虫 剂 喷 雾 灭 蝇 。 但 是 蝇 群 有 时 随 温 暖 的 季 反 一 目 能 移动 200 公里 ， 隔 离 带 也 无 济 于 事 , RAGLAN Se, 晶 群 在 澳洲 北部 越冬 后 , 辐 南 作 季 节 性 迁移 , 危害 逐渐 扩大 。 六 十 年 代 以 后 ,澳洲 联邦 科 工 组 织 研究 了 和 牛 凑 质 量 数量 ` 蝇 的 生活 史 和 草地 演 替 过 程 ,从 生态 系统 的 角度 揭示 它们 之 间 的 相互 关系 ,决定 放养 晓 螂 ,处 理 牛 娄 。 进 而 间接 消灭 晶 群 。
晓 螂 是 一 种 金 怨 子 , RRR. 专 食 草 食 动 物 的 凑 便 。 但 是 ,澳洲 大 陆 动 物 区 系 特 殊 ,， 原 来 那里 没有 牛 羊 等 家 畜 , 当 地 的 晓 螂 主要 吃 王 硬 的 袋鼠 和 鸭 嘴 兽 的 娄 便 。 而 对 异 大 陆 来 的 牛 姜 因 软 而 悍 油 ,不合 胃口 ,不 去 问津 。 于 是 联邦 科 工 组 i Ae AS FRSA, FRNA He BS. 1967 年 他 们 终于 把 体 长 10 SKIERS AT SBE T RK Al Wo 据 实验 ;两 上 只 牛 凑 金 怨 子 ,一 前 一 后 ;能 把 100 RAE
Hh 地 中 1 NS 4 坑道 幼虫 梨 间 的 土 粒 )\ \ » | 把 牛 烘 块 滚 成 ER (NS 推 入 地 下 ;在 美 球 | 了 : 中 产 5p.
5-3 “ 晓 螂 处 理 牛 美的 过 程
。 127°
30—40 小 时 内 滚 成 羡 球 ,迅速 地 推 到 地 下 工 图 5-3. 5-4), 藏 起 来 ， 以 备 下 一 代 食 用 。 而 牛 凑 中 的 蜂 卵 需要 96 小 时 后 才能 旷 化 为 幼虫 ,然而 后 羡 早 已 被 埋 人 地 下 ,这 就 使 晶 手 的 幼 BARAT CHS. Beebe T ASE, Misi Ty wa. 举 两 得 。 每 年 在 300 个 地 点 放养 500 F RGR, AHR 了 生态 环境 问题 。
图 5-4 大 网 螂 的 肉 虫 滚 制 美 球 的 过 程 它 先 从 羡 堆 上 切取 一 块 美 供 做 粪 球 之 用 。 然 后 使 之 成 型 1， 美 球 做 成 后 就 开始 把 凌 球 洲 向 埋藏 的 地 方 “2， 其 方法 是 以 前 足 站 立 * 用 后 足 推 动 凌 球 。 一 找到 合适 的 地 方 * 它 就 挖 一 个 半 米 深 的 洞 ”3， 把 粪 球 埋 起 来 ; SERIE a 4， 肉 虫 就 产 一 颗 卵 在 里 面 。 这 个 凑 球 就 作为 幼虫 的 饲料
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牛 粪 在 地 面 上 很 快 风 干 ， 难 于 被 分 解 成 为 牧草 的 营养 。 ”网 螂 把 牛 粪 作成 直径 2.5 KARZ, 并 把 它 推 到 地 下 , 美 球 在 地 下 逐渐 腐烂 、 熟 化 , 改善 了 土壤 的 结构 和 通气 性 ,这 样 既 增 加 了 土壤 的 养分 ,同时 牧草 也 免 受 牛 凑 的 遮 压 , 对 牧草 的 生长 是 十 分 有 利 。 据 测 产 ， 牧 草 的 地 上 部 分 重量 增加 82%, 地 下 部 分 增加 12%, 产量 翻 了 一 翻 。 Ke hMe—ii SKE 《 表 5-2)。
BA , ROT. 能 不 能 造成 新 的 危害 。 研 究 结果 表明 ， RB RM BAY as RAE E+E SEN RAR. RAM DK BET ee RATS» SA IAAI, RAR ARAYA 维 成 分 ， 因 而 不 会 对 草原 带 来 危害 。
AR RFR, Ha. 前 几 年 已 -应邀 南 行 ， 远 渡 重 洋 , 到 了 澳大利亚 。“ 工 作 勤奋 ,对 那里 的 草原 牧 业 做 出 了 贡献 。 请 看 小 小 的 晓 螂 往往 被 人 认为 是 废物 ,然而 , 若 处 理 得 当 , 可 以 在 天 然 大 草原 这 个 天 秤 上 充当 一 个 重型 硅 码 , 在 调节 生态 平衡 中 起 重要 作用 。 这 是 七 十 年 代 草 原生 态 系统 管 理 上 的 一 个 重大 突破 。
表 5-2 放养 晓 螂 的 生态 效应
一 ~ 牛 旭 蔓延 一 > 对 人 畜 卫 生 的 影响 加 大 胡 党 玄 一 > 美 量 增加 一 | 增多
一 > 草场 被 这 盖 一 > 牧草 枯死 一 > 收 业 减 产
oc AB DE 牛 蝇 城 少 一 ”的 危害 减轻
ARE (ewe | 量 增 上 的 甘 一 | 一 > 遗 免 牧 草 人 死 增多 > 美 量 阐 加 一 > 量 急速 减少
一 > 牧草 产量 增加 一 > 牧 业 增产 引入 力气 大
的 将 螂 放养
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(=) 调整 生态 平衡 与 生态 系统 的 整体 性
生态 系统 是 一 个 整体 ,在 自然 界 中 不 论 森 林 \ 草 原 , 范 站 、 沼泽 或 人 工 林 、 饲 料 地 都 是 由 动物 、 植 物 、 微 生物 等 生物 成 分 和 光 、 水 、 土 、 气 、 热 等 非 生 物 成 分 组 成 的 。 这 些 成 分 相互 联 系 、 相 互 制约 ,通过 能 量 与 物质 流动 而 形成 一 个 不 可 分 割 的 综 合体 系 。 这 是 我 们 必须 依据 的 基本 出 发 点 。 生 态 系统 里 某 一 成 分 发 生变 化 , 必然 引起 其 它 成 分 产生 相应 的 变化 , 即 挪 一 子 而 牵动 全 局 "“。 孤立 地 看 待 每 个 成 分 容易 产生 片面 性 。 生 态 系统 的 整体 性 是 我 们 调整 生态 平衡 、 Bh Tae 应 该 遵循 的 原则 。
1. 治水 与 治 山
我 国 是 个 多 出 的 国家 ,许多 河流 发 源 自 山 区 。 了 山水 相连 ， 共 为 一 体 。 俗 话说 ,青山 绿 水 , 穷 山 恶 水 ,反映 出 出 与 水 之 间 的 密切 联系 。 一 条 谭 流 便 是 一 个 生态 系统 ， 从 发 源 到 大 祖 或 A, 包括 全 部 集 水 区 在 内 均 属 于 生态 系统 的 组 成 部 分 。 A UE, 在 改造 利用 尊 流 时 ,不 能 单单 着 眼 于 河流 的 本 身 , 应 当 把 影响 河流 水 质 和 水 量 的 一 切 因 素 都 考虑 在 内 ， 其 中 包括 水 源 地 。 对 山区 河流 ,治水 的 同时 必需 治 山 。 om
例如 ,辽宁 省 东部 山区 ,1979 年 6 月 连 降 暴 十 ,暴雨 中 心 在 宽 旬 县 北部 ,一 日 降水 量 达 340.8 BK, 占 全 年 总 降雨 量 的 28.4 儿 。 暴 十 3| 起 了 山洪 骏 发 , 泥 石 俱 下 , 巨大 的 泥石流 骤然 消 向 河谷 , 冲 毁 了 房屋 、 道 路 和 农田 ,损失 惨重 。 类 似 的 山洪 曾 在 1960 年 和 1977 年 也 发 生 过 。 该 县 几 年 来 在 这 些 地 区 修 SLAY 1,500 多 公里 的 护岸 堤坝 , 两 次 洪水 冲 走 了 900 多 公里 ， 占 60%。 三 次 洪水 冲 走 了 河谷 耕地 21.8 万 亩 。 宽 旬 县 是 一
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PEPER ENO KE”. 据 计算 , 每 亩 森林 可 曹 水 30 吨 。 因此 ,森林 能 减缓 地 表 运 流 , 降低 河谷 洪峰 的 高 度 , 阻 滞 或 减 弱 山 洪 的 强度 。 山上 的 森林 有 保护 山下 河谷 平原 的 作用 ，, 保 护 山 上 的 植被 ,就 等 于 保护 平原 的 农田 。
南美 洲 亚 马 孙 河 流域 是 世界 上 最 大 的 热带 原始 森林 ， 也 是 巴西 热带 生物 资源 的 宝库 ， 木 材 草 藏 量 曾经 占 全 世界 的 45 匈 ,但 是 ,由 于 近年 来 人 们 乱 砍 小 伐 ,放火 焚烧 ,每 年 破坏 森 林 118 万 公顷 ， 致 使 巴西 的 森林 覆盖 率 由 80% FMB40%.
亚 马 孙 河 的 水 文 状 况 必 将 随 之 发 生变 化 。
我 国 长 江水 中 泥 沙 含量 有 增加 趋势 ， 究 其 原因 在 于 中 上 游 的 山区 。 近 十 几 年 , 长 江 中 上 游 山 区 森林 破坏 严重 。 风 景 秀丽 的 峨眉 山 , 海拔 1,500 米 以 下 的 山坡 几乎 全 部 开荒 种 田 ， 甚至 30 一 40。 的 陡坡 也 未 能 幸免 。 因 此 ,治理 长 江 ,必须 注意 和 整治 长 江 流域 各 地 山林 相 结 合 。 只 有 把 山林 和 水 域 的 生态 平衡 调整 受 当 ， 才 能 保证 整个 长 江 生 态 系统 的 功能 正常 发
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2. 水 利 工程 与 全 流域 的 生态 效应
修建 水 库 可 以 蕾 水 发 电 ,调节 水 量 ， 防洪 灌溉 ， 给 人 类 带 来 许多 经 济 利益 。 但 是 , 若 不 权衡 河流 上 中 、 下 庆 各 生态 系统 的 联系 和 生态 后 果 , 也 会 变 利 为 害 。 例 如 ,苏联 的 伏尔加 河水 利
发 电工 程 的 建成 ,虽然 在 解决 灌溉 发 电 \ 航 运 和 给 莫斯科 供水 等 方面 收 到 了 效益 ,但 也 严重 地 破坏 了 生态 平衡 ,给 苏联 及 伊 ，
朗 的 环境 都 带 来 了 不 良 影 响 。 据 美国 《人 类 生态 学 》 杂 志 报 道 ， 由 于 水 坝 高 筑 , 堵 塞 了 泣 河 性 鱼 类 产 卵 的 通道 ,隔绝 了 流 和 人 黑 海 的 鱼 类 食物 ,结果 ,使 黑海 一 一 伏尔加 河 之 间 的 捕 鱼 量 每 年
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减少 了 80% o7k HELE» IS RK He PKL, 土 地 盐 碱 化 或 沼泽 化 。 大 面积 的 森林 、 草 原 和 农田 遭 到 破坏 。 同时 ， 每 年 从 伏尔加 河流 入 黑海 的 淡水 量 减少 了 500 12128 米 左 右 , 使 黑海 水 位 逐年 下 降 。 许 多 码头 和 停泊 处 出 现 了 新 的 沙滩 ,因而 不 便利 用 。 伊 朗 的 一 个 港口 因此 而 消失 。 据 预测 ， 假如 这 一 情况 继续 下 去 ， 黑 海 一 一 这 个 世界 上 最 大 的 湖泊 有 可 能 逐渐 干 酒 。
又 例如 ,五 十 年 代 末 期 ,在 我 国内 蒙古 西 辽河 上 游 修建 的 红 山 水 库 。 原来 设想 利用 库 水 灌溉 ,解决 西 辽河 流域 的 后 旱 问题 。 但 事实 上 红 山 水 库 修成 后 , 近 十 多 年 来 , 排 下 来 的 水 很 少 ,不 济 于 事 。 红 山水 库 地 处 半 干 旱 草 原 气候 区 ,年 降水 量 仅 300 一 400 毫米 左右 ,而 燕 发 量 却 有 2,400 毫米 ,由 于 水 面 蒸发 过 大 , 远 远 超过 当初 预计 的 数值 。 水 量 少 , 不 能 满足 下 游 草原 农 牧 业 治 溉 的 需求 , AR, 西 辽河 被 拦截 ,大 量 肥 沃 的 泥土 不 能 达到 中 下 游 ,下 游 河 床 暴露 ,流沙 扬 起 ,风沙 加 剧 , 使 中 下 游 SLA, 普遍 出 现 盐碱地 。 同 时 , 西 辽河 上 游 拦 截 ， 打 乱 了 河流 水 生生 物 的 过 游 ,加 之 河水 中 营养 物质 减少 ,导致 下 游 的 鱼 类 因 得 不 到 饵料 而 急剧 减少 。 由 于 河水 经 常 枯 干 ， 缺少 蒸发 水 汽 , 加 剧 了 气候 的 旱 化 , 互 为 因果 。 三 十 年 来 ,使 西 辽 河 两 岸 的 丰美 水 草 逐 渐 退 化 。 过 去 , BOE, 草 高 过 人 ， 黄 羊 成 群 ,， 雁 飞 成 阵 , 真是 一 片 百花 争 艳 的 绿色 大 草原 。 尔
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的 景象 已 经 不 见 了 。
因此 ， 开 发 利用 一 条 河流 ， 不 能 只 着 眼 于 局 部 而 忽视 全 局 。 必 须 坚 持 整 体 的 观点 去 判断 可 能 产生 的 生态 后 果 。 只 有 从 全 局 出 发 进行 工程 的 生态 学 预 评价 ， 才能 收 到 预期 的 效 尝 ， RARE AN
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(2) 生态 区 域 与 因地制宜
生态 系统 的 生物 生产 需要 太阳 能 ,水 .二 氧化 碳 和 矿物 元 素 等 等 其 中 二 氧化 碳 在 大 气 中 的 含量 相对 稳定 , 约 占 0.03 匈 ， 矿物 元 素 在 各 地 岩石 中 几乎 均 能 找到 ,因此 ,这 两 种 原料 不 是 生物 生产 的 限制 因素 。 太阳 能 和 水 则 不 同 , 它们 的 数量 在 世 界 各 地 差异 甚大 。 太 阳光 能 受 纬度 的 高 低 、 云 量 的 多 少 \ 海 拔 高 度 等 多 种 因素 控制 。 纬度 越 低 , 地面 获得 的 太阳 辐射 能 越 多 。 云 层 可 以 阻碍 太阳 辐射 射 人 地 面 。 因 此 ,地 球 上 获得 太阳 能 最 多 的 地 方 并 不 在 赤道 ， 而 在 南北 纬 20* 附近 的 高 压 少 云 地 区 。
水 分 多 少 往往 与 距 海 远近 有 关 。 近海 地 区 降水 丰富 , 气 候 湿润 ;海风 吹 不 到 的 内 陆地 区 水 量 很 少 ,气候 干 燥 。
由 于 热能 和 水 分 在 各 地 的 差异 如 此 之 大 ， 各 地 生态 系统 类 型 也 就 不 同 。 赤道 地 带 为 热带 雨林 ,严寒 的 两 极 附近 发 育 着 营 原 ,温润 的 近海 地 区 为 森林 ,干旱 的 内 陆 则 为 干草 原 和 荒漠 。
我 国 幅员 辽阔 ,地 域 广大 。 太 阳 辐 射 和 水 量 自 南 向 北 \ 从 东 到 西 变化 很 大 。 南部 水 热 丰 富 , 为 热带 雨林 或 亚热带 常 绿 林 。 北部 热 少 水 足 为 寒 温 带 针 叶 林 。 东 半 部 气候 湿润 为 森 宁 ; 西 半 部 气候 千 早 , ALT AEBS FIL, AeA RB 有 区 域 性 不 同 特点 。
为 了 充分 发 挥 各 类 生态 系统 的 生物 生产 性 能 ， 需 要 按 生 态 系统 的 区 域 性 规律 分 区 划 片 ,作出 区 划 , 并 根据 各 地 区 生态 系统 的 特点 和 生态 平衡 的 规律 , 因地制宜 地 安排 农 、 林 、 Be 副 、 渔 各 业 ,充分 发 挥 各 地 的 土地 生产 潜力 。
RUHR ACHE”, “He MATIC” 的 特点 是 劳动 人 民 根 据 不
同 的 目 然 环 境 ， 采 取 不 同 的 生产 措施 创造 起 来 的 农田 生态 系
° 133° 和
绕 , 适 应 我 国 各 个 区 域 的 自然 条 件 。 长 江 以 南 , 水 热 资源 丰富 ， 适宜 栽培 水 稻 。 华 北 地 区 热量 够 用 ,而 水 分 炙 缺 ,适宜 种 麦 。 东 部 因 海 洋 季 风 的 影响 ,夏季 高 温 , 水 分 适宜 ,从 南 到 北 均 可 种 植 粮食 作物 ;西部 深 居 内 陆 , 海洋 季风 难以 达到 ， HREM 雨水 不 足 , 但 是 广阔 的 天 然 草场 是 发 展 牧 业 的 好 地 方 ,这 是 我 国 农业 在 大 生态 区 域 上 的 差别 。
在 同一 大 生态 区 域内 ,水 热 分 配 又 因 地 形 ,地 势 等 多 种 因 素 的 影响 差异 甚大 。 区 内 各 地 农业 的 发 展 也 不 能 “一 刀 切 ”。 根据 各 生态 系统 的 差异 ,确立 不 同 的 发 展 方向 ,采取 不 同 的 农 业 措施 。 宣 农 则 农 , HAM, 宜 牧 则 牧 。 例 如 ;我 国 东 部 适 DEGREE, 但 是 广大 山区 又 宜 于 发 展 林业 , 山坡 还 有 高 草草 地 可 用 于 牧 业 ,池塘 河流 可 以 养 渔 ,丘陵 半山 适 宣 栽 植 水 果 等 。 |
即使 同一 山地 ， 南 北 坡 的 生态 系统 也 不 同 。 如 温带 山地
林 树 种 单纯 , 结构 简单 ,多 为 蒙古 栎 纯 林 。 而 阴 坡 恰好 相反 ，
气温 低 , 湿 度 大 ,气温 变 幅 较 小 , 土 层 深厚 肥沃 ,是 由 阴性 树种
组 成 的 混交 林 。 因 此 ,温带 地 区 对 山地 阴阳 坡 生 态 系统 的 开发
利用 上 也 应 有 所 不 同 。 在 生产 安排 上 , 大 区 有 主 , 区 内 有 副 ，
各 区 一 主 多 副 ,综合 发 展 , 做 到 地 尽 其 力 。
再 如 ,我 国 西部 适合 发 展 牧 业 , 但 是 广阔 草原 生态 系统 内 部 也 有 差别 。 如 在 森林 草原 , 年 雨量 400 一 600 毫米 ,土壤 为
肥沃 的 黑土 , 宜 农 又 宜 牧 ,开垦 起 来 作为 牧区 粮食 和 人 饲料 基地
是 非常 合理 的 。 (五 ) 创造 生物 生产 力 更 高 的 生态 系统
人 是 生态 系统 中 的 重要 组 成 部 分 ， 人 的 一 切 活动 都 对 生
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态 系统 产生 强烈 地 影响 。 人 能 破坏 旧 的 生态 系统 ,也 能 创造 新 的 生态 系统 ， 关 键 在 于 人 对 生态 系统 和 生态 平衡 规律 的 正 确认 识 和 运用 。
我 们 不 能 消极 维护 生态 系统 的 面貌 ,坐等 大 自然 的 恩赐 。 正确 的 态度 是 努力 探索 生态 系统 及 其 平衡 的 各 种 规律 ， 进 而 去 创造 生物 生产 力 更 高 的 新 的 生态 系统 。
1. 提高 太阳 能 的 固定 率 增加 单位 面积 产量
”我 国 现 有 耕地 约 15 亿 亩 ， 每 人 平均 只 有 1.6 亩 。 世 界 平 均 每 人 占有 土地 5.7 亩 ， 我 国 是 每 人 平均 占有 耕地 面积 较 少 的 国家 之 一 。 适 宜 开 星 的 荡 地 有 限 , 耕 地 面积 不 会 大 量 增加 。 在 这 种 条 件 下 ,提高 单位 面积 产量 ,创造 生物 生产 力 更 高 的 生 态 系统 是 实现 我 国 农业 现代 化 的 有 效 途 径 。
太阳 照射 到 地 球 上 的 辐射 能 量 ， 生 物 圈 仅 仅 固 定 了 其 中 约 千 分 之 一 。 生态 系统 固定 的 能 量 也 有 差别 , 根据 世界 谷类 作物 产量 来 统计 ， 包 括 葵 杆 和 籽 实 在 内 ， 机 械 化 程度 高 的 农 场 ,这 个 数字 大 约 为 干 分 之 三 点 五 。 我 国 农 田 生 态 系统 固定 的 太阳 能 的 效率 按 粮 食 单产 计算 ,黄河 以 北 是 千 分 之 二 点 二 ,长 江 以 南 为 千 分 之 五 点 二 , 某 些 高 产 田 可 达 干 分 之 二 十 。 显 然 ， 农田 生态 系统 对 太阳 能 的 固定 效率 均 高 于 自然 生 态 系统 。
农田 生态 系统 的 太阳 能 固定 率 平 均 为 干 分 之 三 点 四 三 ， 最 高 为 干 分 之 二 十 , 两 者 相差 六 倍 。 如 果 能 够 把 平均 效率 提 高 一 倍 ， 达 到 千 分 之 六 点 八 六 ， 则 等 于 全 国 耕 地 面积 扩大 一 倍 ,粮食 产量 就 可 能 翻 一 翻 。 对 于 人 多 地 少 的 国家 来 说 ,这 是 提高 粮食 产量 ,实现 农业 现代 化 的 有 效 途 径 。 培育 光合 效率 高 的 作物 品种 ,选择 最 优化 的 农田 生态 结构 ,最 大 限度 的 利用 太阳 能 是 提高 光 能 固定 率 的 重要 措施 。 那么 , 怎样 来 调整 农
田 生 态 系统 的 营养 结构 呢 ?
e。 135 。
举 个 例子 , 我 国 华北 地 区 适宜 种 植 油料 作物 花生 。 花生 叶 和 秸 是 猪 和 牛 的 好 饲料 。 花 生 轧 油 后 的 花生 饼 又 是 优质 的 精 饲料 。 猪 和 牛 吃 了 花生 叶 、 秸 和 饼 以 后 , 转化 为 猪肉 、 FA 及 其 它 畜 产品 。 如 果农 民 向 国家 交 售 花生 油 , 返 回 花 生 饼 用 做 饲料 ， 就 元 素 成 分 而 言 ,农民 交 售 的 只 是 二 氧化 碳 和 水 ,而 饲 料 中 的 氮 、 磷 、 钾 等 多 种 元 素 通过 家 畜 的 娄 便 ,又 返回 土壤 中 ， 可 供 农作物 再 次 利用 。 农 业 生 态 系统 第 一 性 生产 产品 中 的 花 生 油 供给 人 民 需 用 ,而 花生 叶 、 秸 和 花生 饼 做 为 第 二 性 生产 的 原料 , 又 可 转变 为 肉 、 皮 等 畜产 品 。 消 费 者 的 姜 便 还 能 肥田 。
这 样 就 形成 一 个 经 济 而 有 效 的 花生 一 猪 一 粮 一 一 人 的 高
产 农田 生态 系统 结构 (图 5-5)。
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图 5-5 花生 一 一 猪 一 一 粮农 田 生 态 系统
花生 做 为 这 一 农田 生态 系统 结构 的 基础 ， 种 植 面积 和 产 量 高 低 则 直接 影响 物质 循环 的 其 它 环 节 。 花生 多 ; 就 会 给 第 二 性 生产 一 一 牛 \ 猪 的 生产 提供 充足 的 饲料 。 牛 \ 猪 多 , 娄 多 ， 必然 促进 粮食 也 多 。 反 之 , 粮 与 猪 的 产量 均 难 于 提高 。
山东 ,辽宁 和 河北 等 地 一 些 社 队 饲养 奶 羊 ,用 羊 奶 配合 粗
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RE. RES. REPL, 用 羊 奶 代 SHE. 这 种 办 法 是 利用 反刍 类 -- 羊 复 胃 中 的 细菌 和 纤 毛虫 把 纤维 素 多 的 粗饲料 转化 为 糖 和 蛋白 质 。 既 提高 了 粗 饲 料 -一 - 收 草 的 转化 率 ， 又 增加 了 第 二 性 生产 的 产品 一 -畜产
2. 充分 发 挥 森林 生态 系统 的 防护 效益
有 些 国 家 ,例如 ,日 本 是 世界 上 森林 资源 比较 丰富 的 国家 之 一 , 但 是 , 它 的 木材 来 源 却 主要 靠 进 口 ,而 不 是 采伐 本 国 的 森林 。 这 是 为 什么 呢 ? 因为 森林 , 除了 产品 具有 利用 价值 以
«ODD BABAK RAK ARLE BAY aU,
Sit RUE RY PT SF a PME LA, AR 能 获得 森林 产品 的 经 济 价值 ， 而 且 还 会 得 到 森林 防护 的 生态 学 价值 , 这 个 价值 远 比 森林 的 经 济 价值 高 得 多 。 在 我 们 这 样 一 个 森林 资源 贫乏 ,人 口 众多 的 农业 大 国 里 ,更 应 重视 森林 的 生态 学 价值 ， 充 分 发 挥 森林 生态 系统 对 农业 和 人 类 生态 环境 的 各 种 防护 效能 ， 保 证 农业 稳产 高 产 和 人 民生 活 环境 质量 不 断 提 高 。
森林 是 可 更 新 的 自然 资源 ,但 是 ,要 在 一 定 的 前 提 下 才能 实现 。 采 伐 森 林 与 抚育 更 新 相 结 合 , 才能 维护 生态 平衡 。 目 前 ,在 林业 生产 中 还 存在 不 少 实际 问题 有 待 认真 解决 ,采伐 方 式 与 造林 类 型 就 是 一 例 。 RAP RGAE Rs 造林 类 型 是 单一 树种 的 纯 林 好 还 是 多 树种 搭配 , 乔 、 灌 、 草 相 结 合 的 混 交 林 好 , 这 些 问 题 都 是 互 有 联系 的 。 如 果 依 靠 自 然 演 替 辅助 以 人 工 造林 ,发 展 起 来 的 多 为 混交 林 。
目前 ,在 我 国 森 林 资 源 比 较 贫 乏 的 情况 下 ,以 采用 择 伐 方 式 较 好 。 这 是 因为 ,大 片 森 林 多 分 布 在 山体 大 `\ 坡 度 陡 的 深山 区 ,生态 环境 不 稳定 ,容易 发 生 水 土 流失 \ 山 进 和 泥石流 等 自
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然 灾害 。 MRR SR, 势必 造成 在 一 个 时 期 内 因 无 森林 植 被 的 保护 ,给 自然 灾害 的 发 生 提 供 了 条 件 。 山区 生态 环境 一 BRAKE, 使 其 自然 恢复 则 需要 相当 长 的 时 间 。 即使 伐 后 立即 造林 ,也 由 于 树木 生长 周期 长 ,要 刀 十 年 甚至 百 余年 的 时 间 才 能 发 挥 出 较 大 的 防护 效能 。 采用 择 伐 ， 则 情况 相反 。 择 伐 去 老 熟 林木 以 后 ,中 壮 龄 树木 得 以 迅速 生长 ,轮回 周期 相 应 也 就 缩短 ,一 举 两 得 ,是 符合 生态 平衡 规律 的 科学 措施 的 。
我 国 现 有 的 森林 中 ,次 生 林 不 少 , 如 何 经 营 管理 和 改造 这 些 次 生 林 也 是 林业 生产 急需 解决 的 问题 。
辽宁 省 林业 科学 研究 所 在 次 生 林 中 采用 林 下 造林 ， 栽 针 (阴性 针 时 树种 ) 保 阔 ( 保 留 有 生长 前 途 的 阔叶树 种 ) 和 抚 针 保 阔 相 结合 的 办 法 ,改造 低产 次 生 林 。 经 过 二 十 年 来 的 实践 证 明 , 既 能 保证 生态 系统 不 间断 地 进行 第 一 性 生产 ,又 能 防止 森 林 环 境 恶 化 ; 既 能 生产 一 定数 量 的 木材 ,又 能 变 劣质 低产 林 为 优质 高 产 林 。 这 种 措施 符合 生态 学 原理 , 值得 在 我 国 北方 推 eee
从 生态 系统 学 说 出 发 ， 在 林 型 设计 十 要 改变 以 前 营造 单 一 树种 的 纯 林 。 树种 单一 ,结构 简单 的 生态 系统 是 生态 平衡 脆弱 ,生物 生产 量 不 稳定 的 系统 。 从 长 远 的 观点 出 发 ,采用 多 树种 搭配 ,， 乔 、 灌 、 草 相 结合 的 多 层 结 构 是 理想 的 造林 类 型 。 XMM ,树种 多 样 ,结构 复杂 ,食物 网 丰富 ,稳定 性 强 , OR 大 的 抗灾 能 力 和 对 环境 的 调节 效能 。
3. 创造 高 生物 生产 力 的 人 工 生态 系统
生态 系统 是 长 期 发 展 形成 的 ， 每 个 生态 系统 在 其 发 展 过 程 中 ,通过 内 部 目 我 调节 ,不 断 适 应 外 界 环 境 ， 只 要 有 足够 的 时 间 和 稳定 的 环境 ,都 可 能 发 展 成 具有 一 定 结构 和 功能 、 充 分 发 挥 出 该 环境 生产 洲 力 的 生态 系统 。 因此 ，, 深入 研究 生态 系
。 138«
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绕 的 结构 和 功能 ， 进 一 步 模拟 出 稳定 高 产 的 人 工 生态 系统 是 生态 学 的 主要 任务 之 一 。 |
”我 国生 态 学 工作 者 在 掌握 了 热带 雨林 生态 系统 结构 及 其 功能 的 基础 上 , 创造 出 的 多 层次 、 多 树种 的 人 工 生 态 系统 ,如 橡胶 -茶叶 人 工 植物 群落 。
橡胶 是 典型 的 热带 树种 。 我 国 的 热带 处 于 世界 热带 的 北 部 边缘 , 在 这 里 , 采用 单 层 单 种 的 传统 栽植 方式 ,一 旦 遇 上 寒 潮 侵 效 ,容易 造成 大 片 死 亡 。 生 态 学 家 按 着 热带 雨林 的 结构 、 功能 和 气候 特点 ,经 过 二 十 多 年 的 努力 ,终于 成 功 的 模拟 出 多 层次 .多 树种 的 橡胶 - 茶 群落 。 在 这 种 结构 中 , 阳光 可 大 量 透 “人 林地 ,下 层 茶 树 层 起 到 了 窝 风 鞋 热 的 效能 ,将 林 窗 下 的 冷 温 效应 转变 为 干 热 效应 ， 可 减少 橡胶 的 寒 害 。 上 层 橡胶 树 层 的 适当 过 彰 减 轻 了 茶叶 的 春 旱 危害 。 这 种 群落 结构 还 能 降低 水 主流 失 强 度 , 整个 系统 的 生物 生产 量 明显 增加 。 如 广东 湛江 垦区 的 胶 茶 林 ， 每 亩 乳胶 产量 比 纯 胶 林 增产 10 一 20%。 云 南 普 文 农场 数 百 亩 以 茶 为 主 的 茶 胶 林 ， 乳 胶 产量 比 纯 胶 林 高 15% — 24% AOA, 每 亩 林地 全 年 茶叶 产量 比 纯 茶 园 高 一 倍 左右 。
FW RR RIN”, PAH, ABW CR) 养 鱼 ;用 渔 塘 泥 (肥料 ) 种 桑 ， 把 种 桑 、 养 乔 和 养 鱼 联系 起 来 ， 形成 一 个 陆地 生态 系统 与 水 域 生态 系统 相 结合 的 人 工 生态 系 统 。 经 生态 学 家 们 分 析 ， 认 为 这 种 生态 系统 是 当前 世界 上 最 先进 的 农田 生态 系统 。
4. 围栏 草场 兴建 草 库伦
我 国 北方 可 利用 的 天 然 草原 约 有 三 十 三 亿 亩 。 南 方 还 有 草 出 * 草 坡 十 亿 亩 。 近 十 多 年 来 ,草原 不 断 退 化 和 阔 化 ,面积 逐 MA), 据 估计 仅 内 蒙古 约 有 1/3 的 草场 退化 。 有 的 草场 由
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于 过 度 放 牧 , 草 高 降低 , 仅 有 5 一 6 厘米 高 。 优 质 牧 草 数 量 减 少 ， 甚 至 消逝 。 代 之 生长 的 是 有 味 〈 如 百里香 ) 有 毒 《 如 狠 毒 )\ 有 毛 ( 如 冷 车 )、 有 钩 (如 获 蔡 )、 有 刺 ( 如 鬼 针 草 ) 等 植物 。 草场 已 失去 了 放牧 价值 。
什么 原因 引起 草原 退化 和 沙化 呢 ? 原因 很 多 ,诸如 载 畜 EUA.ASEWHK MAAS, BET PaR Beit 挖 药材 等 。 防 治 草原 退化 , 除 调 整 牧 业 政策 以 外 ,重要 的 是 采
”了 到 符 合生 态 规律 的 措施 ， 建 造 优 质 高 产 的 草原 生态 系统 ， 进
而 培育 转化 率 高 的 家 畜 品 种 ， 提 高 第 二 性 生产 ， 增 加 畜产 品 产量 。 oe
目前 , 草原 收 区 兴修 的 水 , 草 \ 林 \ 料 配套 的 围栏 草场 , 群 众 叫 “ 草 库伦 ”, 是 维护 生态 平衡 的 有 效 措施 之 一 。 从 生态 系 统 理论 来 看 :
1) 围栏 草场 本 身 就 是 一 座 新 封 育 的 生态 系统 。 以 稳定 的 生态 系统 代替 脆弱 的 生态 系统 ， 从 草原 保护 及 实际 利用 的 观点 来 看 是 有 利 的 。
2) 围栏 后 , 植被 受到 保护 , 牧草 得 以 休养 生息 。 可 以 恢 复生 态 平衡 ,改善 生态 环境 。
3) 在 草 库伦 内 ,人 为 地 调整 和 建设 水 ` 草 , 林 \ 料 ;使 之 形 成 最 有 利 的 组 合 ， 这 是 人 工装 配 的 一 种 能 充分 利用 太阳 能 和 地 力 的 草原 生态 结构 。
4) 有 林 网 \ 有 灌渠 \ 有 人 饲 草料 基地 等 ,可 以 促进 物质 流 和 能 量 流 的 流速 和 流量 ,不 断 提高 草原 的 第 一 性 生产 力 ; 进 而 增 加 第 二 性 产品 的 产量 。 这 是 集约 式 草场 经 营 的 体现 。
我 国 的 草原 牧区 ,大 多 地 广 人 稀 , BEAD, 草场 广阔 无 际 ,怎样 建设 好 ? 势必 把 大 面积 的 天 然 草原 切割 成 一 块 块 小 片 草场 ,集中 人 力 物 力 在 局 部 造成 优势 , 一 块 块 围栏 起 来 ; 兴 建 草 库伦 , 封 原 育 草 , 松 土 补 种 , 改良 更 新 , 建设 草料 林 基 地 ，
。140 。
UKHKSS, 围栏 是 现代 化 草原 的 基本 建设 之 一 , 不 容 忽 视 。
草场 围栏 后 ， 围 栏 内 外 草原 植物 群落 的 组 成 发 生 了 显著 的 变化 。 根据 甘肃 省 夏河 县 的 资料 , 围栏 内 禾 本 科 植 物 增加 96.3%, DED 33.5%, ERD 27.6%, BARD 16.9% 草场 质量 大 大 提高 。
内 蒙 镶 黄 族 围 栏 两 年 的 草场 比 只 围 一 年 的 草场 产 草 量 增 I 56%.
东北 草原 围栏 后 ， 生 态 系统 的 净 第 一 性 生产 量 提高 了 30%—70%; 草原 土壤 的 养分 和 盐 、 碱 成 分 均 有 改善 ， 速效 性 氮肥 增加 ,能 溶 于 水 的 氨 态 所 和 硝 态 氮 也 增加 了 ,而 土壤 的 有 害 可 溶性 盐 类 ,如 氧化 钠 、 碳 酸 钠 、 硫 酸 钠 都 明显 降低 。 退 化 的 草原 逐渐 复壮 , 草原 上 的 流沙 地 也 渐 趋 固定 。 草场 由 于 施 行 划 区 放 以, 草场 载 畜 量 可 提高 30% 以 上 (青海 和 新 疆 )。 这 仅 是 围栏 的 第 二 步 收益 。 如 果 把 第 二 步 水 、 草 、 林 、 料 各 项 建 设 都 加 进去 ,成 效 会 更 大 。 |
(A) 建立 目 然 保护 区 造福 于 子孙 后 代
我 国 幅 员 辽 阔 ， 地形 和 和 气候 复杂 多 样 。 MAAS el 寒 温 带 的 大 兴安 岭 } 从 误 润 多 雨 的 东海 之 这 到 干燥 少雨 的 西 部 高 原 ; 从 低 于 海面 140 余 米 的 吐鲁番 盆地 到 地 球 之 颠 的 珠 穆 朗 玛 峰 。 各 种 不 同 的 自然 环境 为 多 种 多 样 的 动 ` 植 物 提 供 了 优越 的 生态 条 件 。 据 统计 ,我 国 已 鉴定 的 维 管束 植物 有 32;,000 多 种 ， 其 中 木 本 植物 有 7,000 多 种 ， 有 不 少 是 世界 珍奇 和 稀 有 的 种 类 。 拿 裸子 植物 来 说 , 素 有 活化 石 之 称 的 银杏 、 银 杉 和 水 杉 为 我 国 所 特有 。 野 生动 物资 源 也 十 分 丰富 , 鸟 类 有 1,166 种 , 占 世 界 的 15.3%; B24 420 多 种 , 占 世 界 的 11.2 多 ,其 中
。141 。
AR eR, AER, PENT OSSRR EW 贵 动物 。 但 是 , 长 期 以 来 , 由 于 对 植被 的 破坏 ,对 动物 的 捕
杀 , 使 我 国 的 生物 资源 不 断 减 少 。
1962 年 ， 我 国 颁发 了 保护 野生 动物 条 例 ， 列 出 极 需 保护 的 大 形 关 椎 动物 ,分 为 一 、 二 两 个 保护 级 , 共 五 十 六 种 。 当 前 ， 极 需 保护 的 已 分 为 三 级 , 共 一 百 五 十 种 左右 。 其 中 仅 一 ` 二 两 级 就 有 一 百 零 三 种 ,增加 一 倍 。 据 估计 ， 五 十 年 代 以 来 , 我 国 绝迹 的 珍稀 大 型 鸟 兽 已 达 十 多 种 。 例 如 ,动物 四 不 象 ( 康 鹿 ) Bo Ae RR RAS A. BA KDR RS RAB) RES 黑 颈 稚 、 扬 子 鳄 等 二 十 多 种 正 趋 于 绝迹 。
在 野生 植物 资源 方面 ,虽然 没有 确切 的 绕 计 数字 ;但 是 从 一 些 事例 中 可 以 看 出 问题 的 严重 性 。 例如 , 云南 西双版纳 的 龙 脑 香 树 \ 只 剩 下 八 \ 九 十 棵 , 望 夫 树 仅 有 一 个 小 群落 ,四 川 的 银 杉 只 幸存 三 百 株 左右 ; 河南 西 峡 县 一 年 之 内 砍 掉 二 十 万 株 BEDS, MURA; 新 疆 南 部 二 十 年 前 有 十 多 种 甜 仁 桃 树 , 是 珍贵 的 扁桃 树 源 。1978 年 复查 时 已 见 不 到 了 。
上 面 列举 的 植物 ， 都 是 有 较 高 的 经 济 价值 或 有 一 定 代表 性 的 名 贵 树 种 。 可 能 还 有 一 些 植物 种 在 我 们 还 没 认识 之 前 就 在 地 球 的 生物 进化 途中 消逝 了 。 有 人 估计 ,今后 50 年 ,世界 上 将 有 25,000 种 植物 被 人 类 消灭 每 损失 一 种 植物 ,将 有 20 一 30 种 依附 于 它 的 动物 也 将 随 之 灭绝 。 |
值 被 是 生态 系统 的 核心, 动物 是 生态 系统 的 成 员 ,植物 和 动物 以 及 由 它们 组 成 的 生态 系统 是 经 历 了 漫长 的 岁月 而 逐渐 形成 的 。 它 们 的 发 展 与 进化 过 程 是 不 可 逆 的 。 灭 绝 了 的 生物 不 能 重新 出 现 , 于 是 在 复杂 的 食物 网 中 便 从 此 失去 一 个 环节 。 因而 ,保护 生物 资源 ,让 它们 按 着 自然 规律 不 断 地 发 展 与 进化
下 去 , 让 子孙 后 代 同 我 们 一 样 , REAR RS I ei
。 142 。
在 我 们 这 一 代 人 面前 的 重要 任务 e
建立 自然 保护 区 是 解决 这 一 问题 的 有 效 途 径 。 自 然 保 护 区 是 指 在 一 定 空间 范围 内 ,包括 陆地 生态 系统 \ 水 域 生态 系 绕 或 湿地 生态 系统 等 , 采取 有 效 措施 , 使 其 保持 自然 状态 , 免 遭 人 类 破坏 而 划分 出 来 的 区 域 。 这 是 保护 、 管 理 和 改造 生态 系 统 的 战略 基地 。 像 保 护 历史 文物 一 样 , 自然 保护 区 是 保护 国 家 和 民族 自然 遗产 的 重要 设置 。
根据 自然 保护 的 内 容 和 目的 ， 我 国 现 有 的 自然 保护 区 大 体 可 分 四 类 。
1. 综合 自然 保护 区
”以 保护 自然 景观 为 目的 而 设立 的 自然 保护 区 。 包 括 保护 区 内 各 类 自然 景观 及 多 种 多 样 的 生态 系统 类 型 。 保 护 区 的 面 PRK, 满足 各 类 生物 有 足够 的 活动 空间 。 如 吉林 省 长 白山 自然 保护 区 , 它 包 括 火 山 锥 体 、 火 口 湖 、 瀑 布 、 温 录 等 景观 ,还 包括 夏 绿林 、 针 阅 混 交 林 、 暗 针 叶 林 、 岳 桦 矮 曲 林 和 山地 冻 原 等 生态 系统 。 这 里 的 东北 虎 和 梅花 鹿 等 珍贵 动物 也 是 重点 的 保护 对 象 。 四 川 的 卧龙 云南 西双版纳 的 动 腊 ` 动 仑 和 动 养 等 自然 保护 区 都 属于 此 类 。
这 种 保护 区 是 研究 各 类 生态 系统 和 珍奇 动物 最 理想 的 园 地 ,同时 也 是 一 个 丰富 的 基因 库 , 具 有 极 高 的 科学 价值 和 实际 价值 。
2. 一 般 上 自然 保护 区
以 保护 某 几 类 生态 系统 及 其 中 的 一 些 珍贵 动 植物 为 目 的 。 这 类 保护 区 的 面积 不 如 上 一 类 大 。 它 是 某 一 自然 地 带 具 有 典 型 意义 的 地 区 。 既 可 做 为 科研 基地 , 又 是 引种 和 水 源 涵 养 地 。 例 如 ,广东 鼻 湖 山 自 然 保 护 区 ,以 保护 南亚 热带 常 绿 阔
e。 143。
叶 林 生 态 系统 为 主 的 自然 保护 区 。
3. 珍贵 动 植物 和 目 然 遗 迹 保 护 区
以 保护 某 些 珍贵 动 植物 以 及 具有 重要 科学 价值 的 自然 遗 迹 , 如 冰川 遗迹 、 火 山地 形 、 禄 皱 断 层 等 为 目的 。 保 护 区 的 规 模 依 具体 需要 而 定 。 例如 ,保护 活化 石 一 水杉 的 湖 北 利川 . 县 水 杉 保护 区 ;保护 昌 蛇 的 辽宁 旅 大 的 蛇 岛 目 然 保护 区 ; AR 海南 的 东 寨 港 红 树 林 保 护 区 ， 用 以 保护 热带 特有 的 红 树 林 生 态 系统 ;海南 坝 五 岭 长 臂 猴 自 然 保护 区 , 专 以 保护 我 国 的 珍 寡 动物 一 一 长 臂 猴 。
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我 国 一 些 名 胜 和 古代 建筑 多 选择 在 山川 优美 、 风 景 秀丽 的 名 山 古 柏 之 中 ,有 些 地 区 既 有 旅游 价值 ,又 有 科学 研究 和 孝 学 价值 。 如 山东 的 泰山 \ 四 川 的 哦 眉山 \ 安 徽 的 黄山 等。
建国 以 来 ,自然 保护 工作 有 一 定 的 发 展 , 曾 先后 在 全 国 各 地 设立 了 五 十 八 个 自然 保护 区 ， 几 乎 包括 了 上 面 提 到 的 各 种 类 型 。 但 是 , 在 近 十 年 里 , 由 于 多 方面 的 原因 ,已 经 设立 的 保 护 区 大 多 流 于 形式 ,有 的 甚至 已 被 破坏 殉 尽 。 最 近 ,不 仅 原 有 的 自然 保护 区 得 到 了 恢复 ,全 国 不 少 省 区 又 陆续 增设 了 一 批 。 值得 指出 的 是 ,东北 的 长 白山 、 四 川 的 卧龙 、 广东 的 易 湖山 由 国务 院 批准 ， 并 经 联合 国教 科 文 组 织 “ 人 与 生物 圈 " 理 事 会 执 行 局 通过 ,确定 为 国际 生物 圈 保 护 区 。 但 就 全 国 范围 来 看 ,已 经 确定 的 自然 保护 区 分 布 的 很 不 均匀 ， 尚 难于 代表 我 国 自然 生态 系统 的 全 部 类 型 。 因 此 ,进行 全 面 调查 摸 清 我 国 动 \ 植 物 区 系 的 组 成 以 及 各 类 生态 系统 的 现状 ， 在 各 个 生态 区 域内 确 定 典 型 地 区 ,分 级 建立 自然 保护 区 ,加 强 对 珍贵 动 植物 以 及 各
。144
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类 生态 系统 的 保护 , 实 为 当务之急 。 在 各 个 生态 区 域内 建立 各 级 自然 保护 区 有 重要 的 科学 价 (MXR Xo 首先 ， 自 然 保 护 区 基本 上 包括 该 生态 区 域内 大 部 分 的 植物 和 动物 资源 ， 以 及 各 类 生态 系统 ， 它 本 身 就 是 一 座 天 然 的 博物 馆 。 在 这 座 自 然 博 物 馆 里 ， 我 们 以 及 我 们 的 后 代 , 不 仅 能 够 看 到 和 认识 这 些 生 物种 类 和 各 类 生态 系统 。 同时 ， 也 是 研究 该 区 域 各 类 生态 系统 发 生发 展 及 其 规律 的 理想 园 地 。 J 生态 系统 有 整体 适应 性 、 自 我 调节 性 和 较 高 的 物质 与 能 量 转化 水 平 。 在 自然 保护 区 里 , 我 们 可 以 深入 地 探索 这 些 规 律 ,这 对 于 合理 利用 自然 资源 ,建立 稳定 高 产 的 人 工 生态 系 统 有 指导 意义 。 研 究 自然 保护 区 各 类 生态 系统 的 自我 调节 和 生 态 平衡 ， 可 以 做 为 区 外 遭受 不 同 程度 人 为 干扰 的 相应 生态 系 统 的 对 照 , 以 利于 更 深刻 地 揭示 它们 的 机 制 。 其 次 , 生物 进化 , 生态 系统 的 演变 ,是 几 十 亿 年 来 在 环境 长 期 而 缓慢 的 变化 过 程 中 ， 通 过 逐渐 适应 和 变异 而 完成 的 。 不 过 ,今天 的 自然 环境 在 人 类 用 现代 化 手段 强烈 地 干预 下 , 几 年 之 内 就 可 以 发 生根 本 变化 。 变 化 之 迅速 ,可 能 使 一 些 生物 ， 特别 是 高 等 生物 ， 还 来 不 及 对 其 机 体 进 行 调 整 以 适应 外 界 环 境 的 改变 而 被 淘汰 。 近 来 据 保 护 自 然 及 自然 资源 国际 联盟 估 计 ， 平 均 每 年 有 一 种 动物 遭 到 毁灭 ; 大 约 有 一 千 种 岛 和 哺乳 “ 动物 正 处 于 绝 灭 的 边缘 。 Alt, 自然 保护 区 不 仅 可 以 保存 几 十 亿 年 进化 而 来 的 生物 种 及 其 贮藏 的 上 万 亿 种 基因 ， 而 且 还 保护 了 生物 赖 以 生存 的 环境 ， 使 地 球 上 的 生物 进化 过 程 得 以 正常 进行 。 鉴于 上 述 情况 , 各 国 对 自然 保护 区 都 十 分 重视 。 甚至 把 建立 自然 保护 区 作为 一 个 国家 文明 的 标志 之 一 。 从 四 十 年 代
2145
起 就 建立 了 国际 联盟 ， 积 极 促进 这 项 工作 的 开展 。 FER. 斯 里 兰 卡 、 肯 尼 亚 、 坦 桑 尼 亚 自然 保护 区 分 别 上 右 国土 面积 的 5.6 匈 一 25%。 英 国有 自然 保护 区 一 百 多 个 , 占 国家 总 面积 的 8%—10% MAAS 4 15 一 20 狗 ,瑞典 有 自然 保护 区 899 *,58%, 美国 有 669 个 , 占 10% 以 上 。 相 比 之 十 ,我 国 自 然 保 护 区 的 面积 是 相当 小 的 ,目前 仅 占 全 国 面积 的 0.17 驳 ,而 且 数 量 也 少 ,管理 也 不 够 妥善 。 应 在 统一 区 划 下 ,采取 切实 有 效 的 措施 ,在 各 类 森林 地 带 、 草原 地 带 、 薄 并 地 带 * 湖 泊 、 沼 泽 和 海滨 等 地 区 ,分 期 分 批 建立 不 同 规模 的 保护 区 ,来 适应 我 国 四 个 现代 化 的 需要 。
° 1466
第 六 章 Whit ® SHES ARB
人 们 的 生活 和 工作 离 不 开 环 境 ， 环 境 的 好 坏 直接 或 间接 地 关系 到 人 们 的 生活 和 健康 。 城市 是 生态 系统 , 农田 是 生态 系统 , 江 、\ 河 \ 湖 \` 海 、 森 林 和 草原 都 是 生态 系统 ,人 类 就 是 生活 在 这 形形色色 的 生态 系统 之 中 。 从 生态 系统 中 获取 食物 和 生 活 物质 ， 又 把 生活 和 生产 过 程 产生 的 废物 排放 到 生态 系统 中 去 。 人 既是 生态 系统 中 的 成 员 , 也 是 生态 系统 的 主宰 者 ,要 保 护 好 人 类 生存 的 环境 ,归根 到 底 是 要 保护 好 生态 系统 。
近 些 年 来 , 环境 污染 越 来 越 引 起 人 们 的 关切 。 所 谓 环境 污染 ,实质 上 就 是 生态 系统 被 污染 物质 所 破坏 ,致使 人 类 生存 的 环境 恶化 ; 或 者 污染 物质 进入 生态 系统 , 沿 着 食物 链 转移 、 循环 和 富 集 , 最 后 进 人 人体 ,危害 健康 。 在 第 二 章 生 态 系统 的 功能 中 曾 讲 过 ,能 量 论 着 食物 链 递减 的 十 分 之 一 定律 ,只 适用 于 那些 能 被 生物 消化 和 分 解 的 糖 和 蛋白 质 等 成 分 。 但 是 ， 象 mK. DDT 等 污染 物 ， 虽然 它 们 也 循 食物 链 转移 , 由 于 不 能 被 生物 消化 和 分 解 ， 则 转移 的 过 程 也 就 是 污染 物 逐 级 地 浓缩 和 富 集 的 过 程 。 污染 物 的 浓度 在 食物 链 中 逐 级 增高 , BALM 大 ,恰恰 与 能 量 在 食物 链 中 逐 级 减少 的 趋势 相反 ,形成 一 个 倒 金字 塔 形 。 Ak, 研究 污染 物质 的 转移 与 富 集 规 律 以 及 各 类 生态 系统 对 不 同 污染 物质 的 降解 和 净化 能 力 ， 才 能 更 好 地 防 治 环境 污染 ,提高 环境 质量 和 你 证 人 体 健 康 。
一 污染 物质 及 其 来 源
污染 物质 是 指 对 生态 系统 和 人 体 具 有 毒害 作用 的 物质 。 这 些 物 质 种 类 多 ,数量 大 ,来 自 工业 三 废 \ 生 活 污水 、 RA 车 和 飞机 的 尾气 、 轮 船 失 油 和 油污 \ 放 射 性 物质 以 及 农药 和 化 肥 等 等 。 由 此 可 见 ,污染 物质 是 人 类 生产 和 生活 过 程 的 产物 。
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Fe TY Ae FE EY Be BRK, EE PEE MUVIBSeMBLIWEAB, 以 及 与 其 相关 的 一 些 企业 , 万 其 化 工 部 门 产 生 的 三 废 危害 最 大 。
1. 废渣
工业 废 盖 中 含有 许多 宝贵 的 原料 ， 是 综合 利用 的 重要 资 源 。 如 果 不 加 以 合理 的 利用 ,就 会 造成 许多 危害 。 例 如 ,一 个 年 产 五 百 万 吨 的 钢铁 企业 ， 每 年 排出 的 炉 盖 有 一 百 万 吨 。 这 ZB ASIP TE DORA RAY hE, 势必 与 农田 争 地 ，* 淤塞 河流 ,成 为 大 气 污 染 及 恶臭 的 产地 。
工业 废 酒 中 党 含有 有 害 金属 , 如 锌 、 铀 、 铅 \ 示 和 锅 等 ， 以 及 各 种 有 机 物 ， 如 废弃 的 塑料 制品 ， 特 化 玻璃 等 人 工 合成 物 质 ， 这 些 物 质 不 是 目 然 界 原来 就 有 的 ， 在 目 然 状态 下 难于 分 解 。 如 果 埋 人 地 下 , 则 污染 地 下 水 和 土壤 ;焚烧 后 又 会 产生 有 毒 的 气体 毒化 大 气 。
2. 废气
工厂 生产 过 程 中 产生 的 废气 》 通过 泄露 、 逸 散 和 烟 因 排
。148 。
放 , 进 入 环境 ,污染 大 气 。 废 气 中 的 污染 物质 分 为 两 大 类 : 一 类 为 直接 污染 物质 , 也 叫做 一 次 污染 物 。 二 次 污染 物 是 排 人 空气 以 后 ,经 过 化 学 反应 形成 新 的 二 次 污染 物质 ,污染 环境 。 一 次 污染 物 包 括 二 氧化 硫 、 一 氧化 碳 、 氧 化 氮 、 氟 化 物 和 各 种 粉 侍 。 三 次 污染 物 主要 有 氧化 所 和 烃 类 化 合 物 等 。 它 们 在 阳光 的 作用 下 进行 光化学 反应 ,生成 以 具 氧 为 主 的 氧化 物 ， 污染 大 气 。
3. 废水
废水 中 的 有 机 污染 物质 主要 来 自 轻 工 和 化 工 部 门 。 这 些 部 门 产生 很 多 可 溶性 有 机 物 , 消耗 水 中 大 量 的 溶解 氧 ,而 使 水 体 变质 、 发 臭 。 在 冶金 、 化工 部 门 排放 出 的 废水 中 ,还 含有 大 量 有 毒 (或 剧 毒 ) 物 质 , 如 氰 化 物 、 氟 化 物 \ 硝 基 化 合 物 、 油 、 酚 ， RK. RT SS
(=) 2k SK
居民 生活 、 科 研 \ 医 院 等 产生 的 垃圾 和 污水 中 含有 许多 有 机 物质 ,洗涤 剂 \ 病 菌 、 病 毒 和 放射 性 物质 。
(三 ) 汽车 与 飞机 的 尾气
化 合 物 等 。
(四 ) 农药 与 化 肥
现代 化 农业 广泛 使 用 化 学 除草 剂 和 杀 虫 剂 来 消灭 杂 草 和 病虫害 ,又 大 量 施用 各 种 化 肥 来 增加 土壤 肥力 ,虽然 给 人 们 带
。149 。
来 暂时 的 利益 ,从 远 期 效果 来 看 ,也 的 确 带 来 了 很 多 麻烦 和 危 害 。 大 量 施用 化 肥 会 降低 土壤 质量 ,剩余 的 化 肥 交 人 地 下 水 会 污染 水 源 。
以 DDT 为 代表 的 有 机 毛 类 等 农药 ， 其 特点 是 化 学 性 能 比较 稳定 (HATH ,不 易 分 解 ,半衰期 较 长 ,残留 性 强 。 另 一 类 是 以 马 拉 硫 磷 为 代表 的 有 机 磷 杀 虫 剂 ， 虽 然 水 解 和 分 解 较 快 ,但 毒性 较 大 。
= 主要 污染 物 对 生态 系统 的 您 才
进 和 生态 系 统 的 污染 物 ， 如 果 浓 度 达 到 杀 死 某 种 生物 的 剂量 ， 它 将 直接 危害 和 消灭 生态 系统 的 某 种 成 分 ， 破 坏 生 态 系统 的 结构 。 如 果 污 染 物 的 浓度 较 低 , 它 将 沿 着 食物 链 转移 ; 逐 级 浓缩 ， 浓 度 则 越 来 越 高 ， 这 叫做 污染 物 的 生物 富 集 6 特别 是 脂 溶 性 物质 ， 如 DDT 进入 生物 体 后 ， 不 能 被 生物 消 化 和 分 解 而 积存 在 脂肪 组 织 中 。 当 富 含 DDT 的 动物 被 高 一 营养 级 的 动物 捕食 后 DDT 便 进 一 步 浓缩 。 经 过 这 样 逐 级 浓缩 的 结果 ,，DDT 在 高 位 营养 级 动物 体 中 的 浓度 ， 可 达到 最 初 的 几 和 于 倍 , 甚 至 几 十 万 倍 (图 6-1)6 eT ee
内 食 动 Gib
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食物 链
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图 6-1 污染 怨 的 生物 语素
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费 者 受害 最 大 ， 甚 至 造成 伤亡 。 此 为 缓慢 地 破坏 生态 系统 的 结构 ， 比 较 常 见 。
还 有 些 污染 物 不 容易 分 解 , 在 土壤 里 残留 时 间 较 长 。 组 慢 而 持久 地 进入 生态 条 统 的 物质 循环 之 中 ， 长 期 危害 生态 系 统 的 功能 。
(—) 陆地 生态 系统 的 污染
污染 陆地 生态 系统 的 物质 主要 来 源 于 大 气 中 的 二 氧化 硫 、 球 侍 及 其 中 的 重金 属 铅 、 锅 等 。 大 量 喷 撤 除草 剂 和 永 虫 剂 , 不 但 直接 危害 陆地 生态 系统 ,还 间接 污染 各 种 水 域 。
1. 二 氧化 硫 和 酸雨
所 有 含 硫 燃料 燃烧 时 , 都 产生 二 氧化 硫 。 一 吨 煤 中 含有 5 一 50 公斤 的 硫磺 ， 一 吨 石油 也 有 3 一 50 公斤 左右 。 这 些 硫 BAB, 变 成 约 二 倍 于 硫磺 的 二 氧化 硫 排 人 大 气 。 如 果 一 个 火力 发 电站 , FRR 4,500 th, 按 含 硫 3% 计算 , 二 氧 化 硫 的 排放 量 可 达 270 吨 。 因而 ,工业 排放 废气 和 民用 燃料 的 燃烧 是 二 氧化 硫 的 主要 来 源 。 据 报道 ,全 欧洲 1973 年 二 氧 化 硫 的 排放 量 估计 为 2,500 万 吨 硫 量 。
大 气 中 的 二 氧化 硫 在 强 光 照射 下 ,进行 光化学 氧化 作用 ， 产生 直径 为 0.19 一 0.45 微米 的 硫酸 雾 。 硫 酸 雾 在 空气 中 凝聚 增 大 , 遇 到 水 汽 就 以 酸雨 ( 亚 硫 酸 ) 的 形式 降落 。 此 外 ,进入 大 气 中 的 硫 和 氮 氧 化 ,可 变 成 硫酸 和 硝酸 ,这 些 强酸 在 雨水 中 解 离 , 使 雨 雪 的 酸碱度 (pH) 下 降 ,一般 把 酸碱度 小 于 5.6 的 两 雪 称 做 酸性 降水 。 世 界 上 有 很 多 地 区 的 雨 雪 酸 度 超 过 这 一 标 准 的 5 一 30 倍 ， 个 别 地 区 的 一 次 暴风 雨 甚至 超过 数 百 倍 或 数 Te
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北美 和 西欧 广大 地 区 ，200 年 前 的 降水 还 为 中 性 ,现在 的 雨水 已 变 成 硫酸 和 硝酸 的 稀 深 芒 了 。 降 水 pH 值 的 年 平均 值 为 4.0 一 4.5， 欧 洲 单个 风暴 降雨 的 pH 最 低 值 为 24， 竟 和 酷 酸 相同 。 有 人 统计 ,， A 1956 年 以 来 ,降水 中 氢 离 子 浓度 的 平 均 数 值 增加 310 倍 左右 。 jes CEC
二 氧化 硫 和 硫酸 雾 被 气流 携带 ， 危 害 到 远离 污染 源 的 其 它 地 方 。 例 如 ,西欧 某 些 国家 ,采用 高 烟 简 排 放 废 气 , 二 氧化 硫 和 硫酸 筋 随 气流 飘落 到 北欧 。 瑞典 南部 上 空 大 气 中 77% 的 硫 来 目 国外 。
二 氧化 硫 、 硫 酸 雾 和 酸雨 对 陆地 生态 系统 危害 很 大 。 可 PER HUA, RAM — Anse. 即使 是 1 多 浓度 的 二 氧 化 硫 就 能 使 宛 伦 、 小 麦 和 吏 豆 等 农作物 明显 减产 。 浓度 超过 0.2 一 0.3ppm， 对 某 些 敏感 的 植物 也 会 产生 影 啊 。 硫 酸 雾 的 毒 性 比 二 氧化 硫 大 十 倍 。 硫 酸 雾 和 酸雨 对 植物 有 直接 的 灼伤 作 用 。 酸 雨 落 到 地 面 和 水 体 中 还 可 毒化 土壤 和 水 质 。 士 壤 pH 值 降 低 , 变 成 酸性 或 强酸 性 土 , 抑 制 高 效 率 分 解 者 一 一 硝化 细 菌 和 固氮 细 获 的 活动 ,使 有 机 物 分解 速 度 减 慢 ,营养 物质 的 循 环 速率 降低 ,土壤 肥力 减弱 , 含 硫 量 增加 ,生态 系统 的 生物 生 产量 将 明显 下 降 。 食 物 链 的 各 营养 级 都 会 受到 影响 ,以 致 于 影 响 到 人 。 从 这 里 可 以 看 到 空气 一 一 水 一 一 土 - 一 微生物 一 一 植物 一 一 动物 一 一 人 ,整个 生态 系统 的 连锁 反应 。
酸雨 降落 到 淡水 生态 系统 以 后 ， 湖 水 失去 碳酸 氧 盐 缓冲 Filo pH 值 降 到 5.0 以 下 时 , 河 六 和 斋 泊 变 成 酸性 ， 引起 鱼 是 减产 和 死亡 。 例如 ， 挪威 南部 数 以 生计 的 淡水 河流 和 湖泊 曾 因 来 自 西 欧 酸雨 的 影响 ,水 体 酸 化 ,使 三 万 平方 公里 内 水 域 中 的 鱼 群 受到 危害 。
FARE RR RAAF, Time mh aA ia Bl ACK Bee ve 2 Ba TRACK AK Ar RI ET RI
© 1526
2. HL PHES RHE
大 气 粉 尘 可 分 为 二 种 : — HB, BAR). AER KR REAR AMD. Obes. MHL, MMR» MAZES. 便 自 行 降落 。 粉尘 除 直接 危害 植物 和 农作物 的 生长 外 ,其 中 含有 的 重金 属 ,如 铅 、 镶 等 毒物 降落 地 面 后 ,污染 土壤 和 农田 ,进而 危害 人 身 健康 。
例如 ;有 人 研究 我 国 某 工业 区 大 气 粉尘 中 重金 属 铅 、 饥 对 土壤 和 蔬菜 的 影响 , 结果 表明 ,上 距 污 染 源 下 风向 三 公里 处 , 土 i I ARB 4 一 327 倍 。 铅 含量 超过 正常 值 的 8 一 13 倍 。 上 述 地 点 青菜 体内 的 锅 、 铅 含量 也 随 之 增高 。 因 此 ,大 气 粉尘 中 的 锅 和 铅 ， 通 过 大 气 一 土壤 一 蔬菜 一 人 这 一 途径 进入 人 体 , 影 响 健康 。
3. 化 学 农药
农药 普 被 作为 现代 化 农业 的 四 大 支柱 之 一 ， 在 防治 农业 病 颗 害 、 消 除 杂 草 、 灭 鼠 灭 蝇 等 方面 应 用 相当 广泛 ,对 增加 农 BW RT EH. 世界 上 化 学 农药 的 用 量 逐 年 增加 ， 估计 目前 已 超过 100 万 吨 。 Bie ie
但 是 , 大 量 喷 撤 农药 以 后 , 不 仅 会 给 农田 、 果 园 、 森 林 、 草 原 、 江 河 湖 海 等 多 种 生态 系统 带 来 严重 污染 ,还 将 通过 食物 危 害 人 体 健康 。
师 撤 农药 大 体 从 两 个 方面 影响 生态 系统 : 一 方面 是 直接 接触 农药 引起 的 急性 中 毒 。 农 药 不 仅 杀 死 了 病菌 、 害 虫 ` 鼠 类 和 杂 草 ,同时 也 伤害 了 一 些 有 益 的 动物 ; 另 一 方面 是 长 期 的 潜 移 默 化 的 慢性 中 毒 。 一 些 不 易 分 解 的 农药 残留 在 农作物 、 土 KEMAH, PARDEE RAMEE ERE A DbSEBERARPSHED. 4MIRAT BRAS
e 1536
物质 的 农 收 产品 后 , 又 给 人 身 健 康 带 来 危害 。 图 6-2 概括 了 农药 在 环境 中 残留 和 危害 的 途径 。
> 食品 残留 一 信介 .果蔬 一
Pi 污染 环境 , 影响 . 生物 资源 利用 等 :
图 6-2 ”农药 在 环境 中 的 残留 和 危害 | 例如 ， 有 这 样 的 报告 ,在 草原 上 喷 撤 低 浓 度 的 BHC (4& 机 氧 杀 虫 剂 ) 杀 虫 。 土 壤 中 含量 为 0.93ppm, 加 上 前 二 年 的 残 留 量 0.05 总 计 为 0.98ppm。 其 量 虽 然 微 不 足 道 ,但 被 四 草 吸 收 后 ,在 茎 叶 中 含量 为 5.98ppm， 浓缩 了 6 倍 多 。 MEIER 牛
厂 G 6.
AS
C7 6 售 浓缩 2 9 _ 0, 5Ppm |
前 一 图 6-3 BHC(ApAA RADU ES 图 示 : 牛肉 ,牛奶 \, 人 肌肉 中 的 残 毒 浓度
© 154°
| 13.68ppm_| co | 65.1PPm | ey
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AVA 13.36ppm, RN 14H, FAA 9.82ppm, 浓缩 10 4, 而 奶油 中 含有 65.1ppm 浓缩 高 达 66 倍 多 。 对 食用 奶油 的 人 的 奶 样 进 行 分 析 , 检 出 BHC 171ppm。 据 动 物 实 验 , 3ppm 的 剂量 就 能 阻止 肌肉 中 一 个 主要 酶 的 活动 。 上 述 浓度 足以 达 到 破坏 或 瓦解 肝脏 细胞 的 程度 (图 6-3)。
此 外 ,向 草场 大 量 暑 撒 农药, 一些 残留 性 强 的 农药 连同 投 放 的 灭 鼠 的 毒饵 ,常常 会 引起 鼠 类 的 天 敌 -- 一 狐狸 ` 项 和 座 等 食肉 动物 中 毒 死亡 ， 同 时 也 会 造成 害虫 的 天 敌 一 一 鸟 类 大 批 死亡 。 例 如 , 在 吉林 省 科 尔 泥 草原 路 线 考 察 20 公里 , 仅见 到 60 余 只 鸟 , 平均 每 公里 只 有 三 只 岛 。 握 当 地 群众 反映 , 自从 撒 了 耗子 药 , 雀 没 了 , 连 狐狸 和 刺 狂 都 没 啦 。 使 草原 大 伤 了 元 气 。 虽 然 说 法 有 些 夸 张 , 但 也 道 出 了 连锁 反应 的 情况 。
鼠 类 和 其 它 害虫 失去 了 强劲 的 天 敌 ， 打 破 了 草原 的 生态 平衡 ,经 过 一 定时 间 以 后 ,引起 鼠 类 \ 星 虫 \ 斑 恶 和 金龟 子 等 爆 发 性 增长 , 使 草场 遭 到 破坏 。 如 果 土 壤 中 DDT 的 残留 量 达 到 80 色 ， 还 会 对 家 畜 和 人 造成 长 期 的 潜在 危害 ,以 致 影响 子 孙 后 代 ( 图 6-4)。
农药 残留 ( 拖 )
图 6-4 农药 在 土壤 中 消失 的 速率
2 155°
再 如 ,人 们 为 了 消灭 害虫 ,向 森林 师 撒 农药。 农药 不 仅 消 RKRTSR, BELT AWAKEN ERURBAS BAR 和 甲虫 。 而 沾 在 树木 叶片 上 的 毒药 随同 树叶 凋落 到 林 下 ， 这 些 枯 校 落叶 的 碎 必 被 林 下 土壤 中 的 蝶 归 | 吞食， 毒物 便 在 时 好 体内 曹 积 或 浓缩 。 进 入 蝶 电 身体 的 DDT 可 浓缩 5 一 7 倍 , 抵 抗力 弱 的 是 好 会 中 毒 死去 。 土 壤 中 姑 好 | 减少， 肥力 下 降 。 有 Matl, 一 公顷 较 肥 话 的 土地 内 可 有 是 归 三 万 条 ,通过 吞食 ， 每 年 可 把 25 吨 的 土壤 翻 耕 一 次 。 未 死亡 的 虹 归 被 鸟 捕食 以 后 , 乌 也 会 中 毒 死去 。 森 林 失 去 食 虫 岛 而 导致 害虫 猩 狐 , 生 态 系统 受到 严重 危害 。 例 如 ， 几 十 年 前 , 荷兰 榆树 病 传人 美国 ， 造成 榆树 大 量 枯 著 。 ATR RAR BKB. WRT AE DDT， 结 果 DDT 在 林 下 的 虹 妈 体内 富 集 ， 知 更 乌 吃 了 这 种 旺旺 ,中毒 后 大 批 死 亡 。
残留 在 土壤 中 的 农药 ， 毒 害 和 抑制 土壤 细菌 和 真菌 的 活
动 , 因 而 降低 了 生态 系统 分 解 者 对 有 机 残 落 物 的 分 解 速率 , 阻 住 生态 系统 的 物质 循环 ,进而 影响 第 一 性 生产 。
自从 二 十 世纪 四 十 年 代 发 明 DDT Dok, ZIBB,
DDT 几乎 遍及 整个 世界 。 Cie AT BALE 途径 已 进入 无 人 居住 的 南极 大 陆 。
残留 在 陆地 生态 系统 的 农药 又 可 通过 运 流 , 注 和 人 江 、 河 、
湖 ` 海 之 中 ,再 沿 食物 链 逐 级 浓缩 , BR. 继续 危害 各 种 生物 ， 进而 威 肋 全 人 类 的 安全 。 A
(二 ) 水 域 生态 系 统 的 污染
当 排 大 或 降落 到 水 域 生态 系统 中 的 污染 物 超 过 它 的 自 关
能 力 时 ,引起 水 环境 的 恶化 。 AGS: 进而
影响 人 们 生活 。
。 156。
1
1. 工业 废水 对 水 田 生 态 系统 的 危害
工业 废水 含有 一 定数 量 的 氮 、 磷 、 钾 等 肥料 以 及 钙 、 镁 、 铁 、 毛 等 微量 元 素 。 因 此 ,用 工业 废水 灌溉 水 田 ， 可 以 提高 稻 谷 产量 。 但 是 ,废水 含有 大 量 有 毒物 质 , 如 24-D, Bik 等 ,如 果 不 加 以 处 理 和 回收 ,直接 灌溉 农田 ,就 会 污染 农作物 。 大 家 熟知 的 日 本 骨 痛 病 ,就 是 日 本 富山 县 神通 川 一 带 , 由 于 乌 污染 了 水 田 ， 依 转移 在 谷物 中 富 集 浓缩 ,人 们 长 期 吃 了 这 种 超 标的 依 米 之 后 , 锅 侵 人 骨 质 ,引起 一 种 极为 痛苦 的 污染 病 。
东北 某 地 引用 未 经 处 理 的 工业 废水 灌溉 水 田 ， 污 水 含有 2.4-D，1969 一 1971 年 有 两 万 多 亩 水 稻 发 生 了 卷 心 病 ， 减 产 30 匈 。 该 地 的 污水 中 重金 属 饥 的 含量 也 很 高 。 从 严重 污染 地 段 的 水 中 检 出 乌 的 平均 含量 为 66.8 微克 / 升 ， 土 壤 中 速效 名 含量 为 9.25ppm， 全 锅 含 量 达 14.5ppm, 超过 正常 含量 14 一 29 fo 该 地 段 稻 米 中 饥 含 量 为 2.2 毫克 /公斤 。 一 般 认 为 , 当 稻米 中 饥 含 量 大 于 0.4 毫克 /公斤 时 , 应 列 为 污染 观察 区 , 超 过 1 获 克 /公斤 时 即 为 严重 污染 区 ， 积食 不 可 食用 。 拓 见 这 一 证。
2. a :
“向 农田 森林 和 草原 大 量 喷 撤 农药 ,经 过 风雨 和 运 流 汇 人 河流 ,河流 汇聚 于 湖泊 ,造成 湖泊 生态 系统 的 污染 。 图 6-5 表 示 , DDT 被 河水 带 人 湖泊 后 沿 着 食物 链 转 移 和 逐 级 浓缩 富 集 ; 危 害 整个 生态 系统 的 情况 。
许多 研究 资料 表明 ,污染 物 富 集 的 数量 是 相当 信人 的 , 尽 管 河 水 中 DDT 浓度 只 有 0.000003ppm, 进 入 湖 泊 被 游 生物 吞食 以 后 ,在 浮游 动物 体内 富 集 到 0.04ppm 〈 富 集 1.3 万 倍 )，
捕食 浮游 动物 的 小 鱼 ， 其 体内 为 0.5ppm《〈 富 集 14 万 倍 )。
。 157。
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6S 水 域 生态 系统 对 农药 的 生物 浓缩 大 鱼 再 吃 小 鱼 ，DDT 在 大 鱼 体 中 进一步 富 集 ， 浓 度 增 加 到 2.0ppm (#4257 万 倍 )， 若 是 鱼 被 水 鸟 所 吞食 ,其 体内 DDT 浓度 可 增 到 25ppm (BE 858 A). HTM, RAMI 浓度 很 低 , 是 无 害 的 。 但 经 过 食物 链 转移 、 浓 缩 , 最 后 到 达 高 位 营养 级 的 肉食 动物 , 可 以 富 集 到 上 千 万 倍 。 人 要 是 号 村 这 类 生物 将 会 受到 很 大 的 危害 。
3. 放射 性 元 素 对 湖泊 生态 系统 的 污染
放射 性 元 素 是 核 裂变 的 产物 ,这 些 物 质 排 入 湖泊 以 后 , 便 通过 食物 链 进行 转移 和 浓缩 。 在 核 分 裂 产生 的 物质 中 , 主要 有 钵 asr)， 饮 ICCe)、 锁 (CCe) 等 5 HER ZED 体内 的 功能 与 钙 相 似 ,所 以 多 集中 于 骨 骨 中 的 造血 组 织 内 ,可 长 期 停留 ,半衰期 为 28 年 ,危害 极 大 。 rear
JS SIRT AER RR BER BE EAE Sa 2 凝 到 于 湖底 ， 浓 缩 200 倍 ， 被 水 草 吸收 后 ， 在 植物 体内 浓缩
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300 倍 ， 进 入 螺 体 浓缩 750 倍 ， 进 入 钱 鱼 体内 浓缩 1.000 倍 。 而 吃水 草 和 螺 的 杂食 廊 嫩 ,其 骨 髓 中 饮 ” 的 含量 高 达 3,900 倍 (Al 6-6)o
4. 化 肥 引 起 水 域 生 态 系统 富 养 化
施 于 农田 生态 系统 中 的 化 肥 , 一 部 分 被 农作物 吸收 利用 ， 另 一 部 分 通过 灌渠 或 地 表 运 流 汇 集 于 江河 湖沼 ， 使 水 域 中 含 有 大 量 的 可 溶性 氮 和 磷 的 化 合 物 。 高 浓度 养分 刺激 水 域 中 某 些 浮游 植物 ， 如 蓝藻 和 硅 藻 大 量 繁 殖 ， 过 度 生 长 ， 整 个 水 面 被 藻类 覆盖 (水 花 )。 藻 类 死 后 ,沉积 于 水 底 ,微生物 分 解 这 些 残 体 时 消耗 水 底 大 量 的 溶解 氧 , 导 致 鱼 类 因 缺 氧 而 大 批 死亡 。 当 水 域 中 溶解 氧 被 耗 殖 尽 之 后 , 便 转 为 无 氧 分 解 ,产生 大 量 的 硫化 氢气 体 , 散 发 出 恶 俱 味 。 就 这 样 ,一 个 美丽 而 清澈 的 水 域 ， 在 化 肥 的 作用 下 有 可 能 逐渐 变 成 一 个 生命 停止 了 的 死 湖 。 湖 泊 自 然 发 展 , 由 贫 养 阶段 进入 富 养 阶段 需要 经 历 漫长 的 时 间 。 当 湖 泊 受 到 化 肥 污 染 后 ,其 富 养 化 进程 大 大 加 快 。 因 此 ,目前 各 国 对 化 肥 引 起 水 体 富 养 化 问题 十 分 重视 。
5. 石油 对 海洋 生态 系统 的 污染
随 着 石油 和 石油 产品 用 量 急 剧 增加 ， 以 及 海运 石油 规模 日 益 扩大 ， 海水 被 石油 污染 的 情况 日 趋 严重 。 石油 污染 多 集 中 在 海港 .河口 及 沿海 大 陆架 的 浅海 带 , 这 里 恰恰 是 海洋 生物 最 多 的 地 方 ,因此 , 它 的 危害 性 也 就 更 加 突出 。
据 估 测 ， 全 世界 由 于 各 种 原因 每 年 倾注 到 海洋 的 石油 约 有 200 一 1,000 万 吨 。 我 国 沿海 石油 污染 也 较 严重 。 据 调查 ， 有 的 港湾 水 质 油 污染 在 0.3 一 0.8 毫克 / 升 ,已 超过 日 本 和 苏联 等 国家 规定 的 标准 。 青岛 沿海 的 潮 间 带 , 沉积 物 中 含 酚 超标 190 倍 , 铬 2 一 20 倍 , 硫 化 物 4 一 10 倍 。 胶 州 湾 因 污染 已 使 某
5 160°
些 生 物 绝迹 。 1958 年 调查 时 ,有 经 济 贝 类 六 种 ,1971 ERR ”下 一 种 。 1957 年 潮 间 带 的 生物 群落 有 14 个 优势 种 , 1975 年 只 剩 下 四 个 了 。
水 质 油污 染 对 海洋 生物 有 很 大 影响 。 石 油 的 比重 小 于 海 水 ， 因 而 散 到 水 中 的 石油 飘浮 在 水 面 上 ， 形 成 一 层 均匀 的 油 膜 ,使 海水 与 大 气 隔 绝 , 影 响 海水 与 大 气 之 间 的 气体 交换 。 油 膜 还 阻碍 阳光 射 人 ,影响 浮游 植物 与 海底 植物 进行 光合 作用 ， 造成 序 游 植物 和 紫菜 等 海藻 腐 伴 ， 海 洋 生 态 系统 的 第 一 性 生 产 力 下 降 。 由 于 食 饵 减少 又 影响 浮游 动物 和 鱼 虾 等 消费 者 的 EF 海洋 植物 是 海洋 甚至 整个 地 球 上 和 氧气 的 主要 供应 者 ， 它们 供应 的 氧气 占 地 球 总 供 氧 量 70%, 由 于 海面 油膜 造成 海 洋 植物 大 量 死 亡 ,必然 减少 氧气 的 来 源 , 影 响 整 个 生物 圈 中 的 氧 循 环 。
油膜 对 海 鸟 的 危害 更 大 ,由 于 油 末 的 引诱 , 海 鸟 常常 误 落 海中 , 它们 的 羽毛 被 油污 秽 后 , 或 因 形 失 泽 力 而 沉没 ,或 因 羽 毛 中 空气 被 排出 , 失去 防寒 能 力 而 被 冻 死 。 因 石 油污 染 造 成 海 鸟 死亡 的 数字 ,每 年 高 达 几 十 万 甚至 几 百 万 只 之 多 。
海水 中 的 石油 浓度 达到 0.1 毫克 / 升 时 , 则 成 年 鱼 就 会 出 现 油 臭 味 ,降低 鱼 的 品质 ,甚而 不 能 食用 。 油 污染 还 影响 幼 鱼 和 鱼 卵 的 正常 发 育 。 当 含油 浓度 在 0.01 毫克 / 升 时 ， 就 可 能 产生 23—40% 的 畸形 鱼 ; 当 0.1 B/N, LY Soa 现 畸 形 。
海水 油膜 不 断 挥 发 , 体积 逐渐 缩小 , 则 比重 增 大 ,而且 可 能 和 海中 其 它 悬 译 物 一 起 凝聚 下 沉 。 油 膜 被 海洋 生物 吸收 后 ,通过 粪便 沉积 于 海底 , 造成 海底 污染 。 因 此 , Ream 类 被 沾染 油 味 ,降低 鱼 产品 质量 。 栖 息 在 海底 的 软体 动物 ,或 因 石 油 氧 化 ， 消 耗 海 底 大 量 氧 气 ， 或 因 石 油 堵塞 它们 的 出 人 水 管 而 窒息 死亡 。 软体 动物 属于 过 滤 性 动物 ,石油 通过 人 水
*。 161。
管 聚 集 在 外 套 膜 内 ,又 可 能 粘 在 鳃 上 ,影响 它们 的 正常 生理 机 能 ,严重 时 也 会 导致 死亡 。
沉 入 海底 的 重油 含有 致癌 的 环 芳香 族 化 合 物 ， 如 3.4= 苯 并 花 。 有 些 海底 微生物 还 能 由 原油 合成 3.4- 葵 并 花 5 海底 中 积累 的 3.4- 葵 并 花 , 通 过 海产 生物 体 蕾 积 、 浓 缩 * 大 们 食用 这 些 渔 产品 后 ; 必 将 影响 身体 健康 。
(三 ) 城市 生态 系统 的 污染
城市 既是 污染 源 ， 又 是 受 污染 最 严重 的 地 方 。 谭 流 > 湖 7H ,海洋 ,农田 的 污染 都 和 城市 的 污染 有 着 密切 的 联系 。
城市 生态 系统 的 污染 ， 包 括 大 气 污染 、 水 污染 和 土壤 污 染 , 尤 以 前 二 者 更 为 重要 。 大 气 污 染 来 目 工 业 废 气 \ 生 活 废 气 和 汽车 尾气 等 。 这 些 废 气 含有 一 系列 有 毒气 体 , 如 二 氧化 硫 、 一 氧化 碳 ` 二 氧化 氮 、 碳 、 硫 、 氟 、 氨 的 化 合 物 以 及 烯烃 类 有 机 物 。 此 外 ， 悬 译 在 空气 中 的 固体 粒子 或 疲 体 微粒 子 以 及 重金 属 元 素 等 都 是 影响 大 气 的 污染 物 。
人 们 长 期 接触 这 些 污 染 物 会 引起 气管 炎 、 哮 喘 、 肺 气 肿 、 尘肺 等 疾病 。 某 些 污染 物 可 能 引起 癌症 。 有 的 还 能 腐蚀 衣 物 、 金 属 制 品 和 建筑 物 等 。
据 佑 计 ，, 全 世界 每 年 人 为 排 人 大 气 中 的 毒气 约 有 6 一 7 亿 © 吨 ， 粉 侍 2 亿 多 吨 。 仅 汽车 尾气 一 项 排 人 大 气 中 的 一 氧化 碳 高 达 2 亿 吨 , 铅 40 万 吨 。 美 国 是 世界 上 燃料 耗费 最 多 的 国家 。 例如 ，1970 年 一 年 排 人 大 气 中 的 有 毒气 体 和 粉尘 就 在 2:6 亿 吨 以 上 。
我 国 某 些 城市 已 有 不 同 程度 的 污染 。 以 沈阳 市 为 例 , 大 气 污染 以 冬季 最 为 严重 。 按 能 见 度 过 4 公里 时 为 污染 是 和 和 1 公里 时 为 严重 污染 日 做 标准 ,经 统计 , 沈阳 市 全 年 污染 日
。 162。
数 可 达 172 天 ， 其 中 冬季 五 个 月 中 ， 污 染 日 数 占 全 年 污染 日 173.6%, 一 月 份 污染 日 数 为 29.4 天 ， 几 乎 全 月 均 受 污染 。 沈阳 市 的 降尘 量 也 较 高 , 平均 每 年 每 平方 公里 为 600 吨 。 二 氧化 硫 的 平均 浓度 为 0.26 毫克 / 米 :, 超标 0.7 倍 ; 最 高 浓度 0.814 毫克 / 米 ?, 超标 4.4 倍 。 冬季 铅 企 日 平均 浓度 为 0.0088 毫克 / 米 :, 超 标 11.6 倍 。
受 大 气 污 染 的 影响 ,植物 呈现 出 明显 的 伤害 : 叶片 变色 、 出 现 烟 柬 、 叶 尖 焦 枯 、 叶 面 皱 缩 、 腐 蚀 斑 和 腐蚀 洞 等 。 行道 树 的 生物 量 也 有 改变 ,如 刺槐 的 叶 面 积 愈 接近 污染 源 愈 小 (图 6-7)。 市 内 植物 的 物候 节律 也 因 大 气 污染 而 发 生 改 变 , 生长 在 污染 源 附 近 的 加 拿 大 杨 一 年 落叶 两 次 ,发 叶 两 次 。 另 外 , 粉 侍 兴 积 在 植物 时 片上， 堵塞 气孔 ， 影 响 了 光合 作用 和 呼吸 作 用 。
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i NN WwW BUH NY
0 2600 5200 7804 1040013000 15600m,
图 6-7 沈阳 市 工业 区 刺槐 叶 面 积 变化 与 污染 源 距离 的 关系
城市 水 污染 分 为 地 表 水 污染 和 地 下 水 污染 。 工 业 废 水 和 生活 污水 是 水 的 主要 污染 源 。 此 外 ,大 气 尘 埃 降落 的 毒物 ,经 雨水 冲洗 流 进 江 、 河 、 湖 泊 。 地 表 污 水 次 人 地 下 ,使 地 下 水 受 到 污染 。 过 量 开 发 地 下 水 ,引起 地 下 水 位 下 降 , 地 面 下 沉 ， 也 是 城市 污染 的 表现 。
城市 生态 系统 是 人 类 在 彻底 改变 大 自然 的 基础 上 建立 起
。 163。
来 的 人 工 生态 系统 ,地 面 的 自然 界 被 彻底 改变 ,缺乏 植被 和 相 应 的 动物 群落 。 因 此 ,治理 和 改善 城市 生态 环境 ,一 方面 在 工 业 三 废 的 利用 和 处 理 上 下 功夫 , 另 一 方面 大 力 增加 绿化 面积 ， 保护 和 引进 益 鸟 , 益 兽 和 水 生生 物 , 发 挥 它们 的 调节 作用 ， 使 城市 生态 系统 成 为 一 个 结构 完美 的 功能 系统 。
三 “人 类 生态 环境 的 保护
大 量 事实 证 明 ， 生态 系统 对 污染 物 有 一定 的 净化 和 降 角 作用 。 污染 物 对 生态 系统 能 否 产生 污染 , 关键 在 于 它 的 数量 和 强度 ， 只 有 它 的 输入 量 超过 生态 系统 的 降解 能 力 和 净化 量 时 , 才 出 现 污染 的 症状 。 因 此 , 防止 环境 污染 , 首先 要 治理 污 Rie» 把 污染 物 的 排放 量 降 低 到 生态 系统 的 可 能 净化 量 以 下 ， 进而 再 调整 生态 系统 的 结构 ,使 污染 物 迅速 得 到 降解 ,提高 人 类 生态 环境 的 质量 。 党
(| -治理 三 废
工业 生产 中 产生 的 三 废 是 当前 环境 污染 的 主要 根源 。 因 Kh 保护 环境 首先 要 杜绝 污染 物 的 来 源 。 工业 三 废 中 的 有 毒 物质 , 多 数 在 工业 上 还 是 有 用 物质 , 把 它们 排放 出 来 , 即 污染 环境 又 造成 浪费 。 加 强 三 废 的 治理 , 不仅 消除 环境 污染 ,又 可 为 国家 创造 财富 。 我 国治 理 三 废 已 有 很 多 经 验 ,， 如 ， 大 搞 工艺 改革 ， 缩 短工 艺 流 程 ,把 三 废 尽量 消灭 在 生产 过 程 之 中 。 尽 可 能 采用 无 毒 原料 代替 有 毒 材 料 ， 开 展 综合 利用 ， 变 废 为 宝 。 并 利用 废 酒 来 代替 水 泥 、 砂 砾 等 建筑 材料 。 加 强 对 污 水 处 理 ， 制 定 合 理 的 排放 标准 等 ， 这 些 都 是 行 之 有 效 的 好 办 法 。
。164 。
(=) 充分 发 挥 生态 系 统 的 净化 作用
净化 作用 和 降解 能 力 是 生态 系统 的 功能 之 一 ， 它 有 赖 于 生态 系 绕 的 自动 调节 和 缓冲 能 力 ,在 正常 情况 下 ,进入 生态 系 BSED ,经 过 大 气 和 水 体 的 稀 杰 、 降 解 和 一 系列 的 自然 变 化 ， 并 在 各 种 生物 的 作用 下 使 污染 了 的 生态 系统 恢复 为 原来 的 状态 。
进 大 大 气 的 污染 物 , 由 于 大 气 和 污染 物 本 身 的 理化 作用 ， 或 是 向 四 周 广阔 的 空间 扩 获 和 稀释 ,浓度 大 幅度 降低 ,或 是 被 雨水 冲洗 而 返回 大 地 ,或 者 在 重力 作用 下 , 较 重 的 尘埃 沉积 到 HH, 或 者 在 空中 被 分 解 为 无 毒 的 物质 。 空气 得 到 清新 和 净 化 。 植物 通过 吸附 作用 把 污染 物 暂 时 “固定 ”起 来 ,使 它 脱 离 物质 循环 。 还 可 以 通过 化 学 吸收 作用 ,把 污染 物 吸收 到 体内 ， 经 过 一 系列 生物 化 学 过 程 , 把 有 毒物 质 转 化 为 无 毒物 质 。 据 测定 , 一 公顷 柳 杉 林 , 每 月 可 吸收 40 一 60 公斤 二 氧化 硫 。 含 有 和 氟化氢 的 气流 通过 一 条 阔 叶 林 带 时 ， 氟 化 氨 浓 度 降 解 的 速 度 要 比 空 及 地 快 40 多 。 森 林 还 有 净化 污水 的 作用 , MRE MAW 30 一 40 米 宽 的 林带 , 可 使 氨 的 含量 减低 2/3—1/2,
土壤 有 强烈 的 吸附 能 力 。 有 毒物 质 吸 附 在 土壤 胶体 上 ， 然后 缓慢 地 进行 降解 。 土壤 里 的 微生物 及 多 种 小 动物 , 均 有 降解 污染 物 的 能 力 。 据 实 验 , 土壤 小 球状 反 硝 化 细菌 产生 的 BNR AMATHARS, 使 土壤 净化 。 土壤 中 的 红 酵 母 菌 和 蛇 皮 癣 菌 可 分 别 降解 剧 毒 性 的 聚 氯 联 茶 达 40 多 及 30 匈 。 野 鼠 及 虹 归 对 某 些 农药 也 有 一 定 的 降解 作用 。
水 体 的 净化 作用 分 为 物理 的 、 化 学 的 和 生物 的 三 类 。 水 本 身 是 一 个 巨大 的 稀释 剂 ， 具 有 高 浓度 污染 物 的 水 团 会 被 低
© 165。
浓度 的 水 团 冲 淡 。 悬 浮 在 水 中 的 污染 物 由 于 水 流 减 速 或 其 它 原因 可 自行 沉淀 , 沉 于 水 底 。
水 体 中 还 具有 各 种 胶体 颗粒 ,它们 有 巨大 的 表面 积 ,能 吸 附 各 种 阳离子 和 阴离子 ,并 能 长 途 运送 ,进入 海洋 或 湖泊 沉积 - 于 水 底 。 水 的 酸碱度 也 对 污染 物 有 影响 ,如 磷 \ 铜 和 三 价 铬 等 元 素 容易 随 酸性 水 迁移 ,而 砷 ,六 价 铬 和 碘 等 必须 在 碱 性 水 中 才能 移动 。
水 中 的 微生物 _ ”细菌 和 真菌 。 通 过 生物 化 学 过 程 把 有 毒物 质 转化 为 无 毒物 质 。 例如 , 酚 可 以 被 微生物 分 解 为 二 氧 化 碳 和 水 ,氧化 速率 每 日 高 达 100—960 毫克 / 米 王 每 年 36 一 350 克 / 米 5 这 样 的 例子 还 可 以 举 出 很 多 。
目前 ， 关 于 生态 系统 的 净化 能 力 有 两 种 不 同 的 见解 一 种 意见 认为 ， 从 全 球 来 看 , 这 种 净化 能 力 是 无 限 的 ; 另 一 种 意 见 则 完全 相反 , 认为 是 有 限 的 。 前 者 认为 虽然 某 种 生态 系统 所 占 空 间 是 有 限 的 ， 但 是 ， 各 个 系统 之 间 的 物质 循环 是 无 限 的 。 人 类 活动 创造 的 物质 数量 虽然 是 巨大 的 ; 但 是 和 自然 力 相 比 却 仍 是 微不足道 的 。
例如 , 当前 全 世界 的 能 量 消耗 每 年 平均 约 为 6.6 万 亿 瓦 到 公元 2020 年 , 如 果 全 世界 人 口 达 到 100 亿 的 话 , 每 大 消耗 的 能 量 ， 按 美国 现在 每 人 每 年 消耗 10,000 瓦 的 水 平 计 算 , BB 时 人 造 总 能 量 将 是 110 万 亿 瓦 。 这 个 数字 与 大 地 反射 回 空间 的 太阳 能 相 比 , 仍然 是 很 小 的 。 每 年 从 整个 大 地 消失 的 热能 为 12 亿 亿 瓦 , 比 人 类 消耗 的 能 量 大 1000 倍 。 大 造 热能 与 自 然 热能 相差 如 此 之 大 ， 说 明 人 类 对 整个 生物 圈 的 干预 能 力 沿 是 微小 的 。
人 类 可 以 彻底 改变 某 一 局 部 地 区 的 生态 系统 ,但 是 ,一 旦 去 掉 这 些 外 部 压力 ， 依 靠 整个 生物 圈 的 能 量 流动 和 物质 循环 的 代 偿 能 力 ,会 使 已 改变 了 的 生态 系统 自行 恢复 。
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持 有 相反 意见 的 人 认为 , 据 近 十 年 , 几 个 资本 主义 国家 产 和 目 三 废 的 水 平 ,结合 今后 工业 发 展 的 速度 , 预料 若干 年 后 ， 人 类 有 可 能 毁灭 自己 生存 的 环境 ， 他 们 列举 大 量 的 事实 来 证 四 这 个 论点 。 现 以 大 气 中 二 氧化 碳 的 增长 量 为 例 来 谈 谈 这 个 问 题 。 大 气 中 的 二 氧化 碳 主要 来 自 木 材 、 煤 、 油 、 天 然 气 的 燃 烦 和 生物 的 呼吸 。 如 果 没 有 这 些 燃 料 作 为 能 源 进 行 燃烧 ， 大 人 气 中 三 氧化 碳 的 循环 将 由 生物 群落 、 大 气 和 海洋 的 自我 调节 而 处 于 相对 平衡 状态 。
人 类 把 古代 生物 固定 的 太阳 能 一 一 煤 、 石 油 和 天 然 气 等 化 石 兢 料 开采 出 来 ,作为 现代 的 能 源 加 以 利用 。 矿物 燃料 燃 烧 后 ,有 释放 出 的 二 氧化 碳 重新 进入 物质 循环 之 中 。 目前 ;全 世 界 煤 的 年 产量 大 约 30 亿 吨 左右 ,石油 在 22 亿 吨 以 上 ,并 且 正 以 每 年 70 允 的 速度 递增 。 提 炼 的 油 量 每 年 增加 一 倍 , 每 年 从 这 些 化 石 燃 料 中 释放 出 的 二 氧化 碳 总 量 约 为 2.000 多 亿 吨 。
这 7.000 多 亿 吨 的 二 氧化 碳 去 向 何 处 ? 绿色 植物 是 消耗 二 氧化 碳 的 能 手 , BME, 一 天 一 克 重 干 叶 吸 收 20 毫 苑 的 二 氧化 碳 ， 则 叶 干 重 为 10 吨 / 公 顷 的 森林 一 天 从 大 气 中 可 吸收 三 氧化 矶 200 AR. 表 6-1 列举 几 种 树木 吸收 二 氧化 碳 的 数量 。 估 计 每 年 有 150 亿 吨 碳 由 二 氧化 碳 转化 为 木材 。 现 在 信 世 界 森 林 的 总 含 碳 量 为 4,000 一 5,000 亿 吨 。 海 洋 是 二 氧化 BEAKER. 海洋 每 年 吸收 大 约 1.000 亿 吨 的 二 氧化 Be. 森林 和 海洋 吸收 地 球 全 部 二 氧化 碳 的 2/3。 其 余 的 1/3 将 成 为 大 气 中 二 氧化 碳 的 增加 量 。
近 些 年 来 ， 世 界 森 林 面 积 日 趋 缩小 ,海洋 的 污染 日 趋 严 重 .海面 石油 膜 面积 不 断 扩 大 ,因此 ,它们 对 二 氧化 碳 的 吸收 量 低 于 以 上 数字 。 现在, 大气 中 二 氧化 碳 以 每 年 2.3ppm 的 速率 增加 。 从 上 一 世纪 到 现在 , 大 气 中 二 氧化 碳 的 浓度 从 290ppm
* 167
6-1 树木 对 二 氧化 碳 的 吸收 量 二 氧化 碳 吸 收 量 《毫克 /小 时 ”7
树 种
最 -大 平均
x 绿 树 “ & 12.4 oe i 树 11.0 5.8
油 橄 槛 4.5 3.7
常 绿 树 月 桂 3.3 a we 2 ity 3.0 ee,
黄 杉 5.3 3.0
$+ At 树 赤 松 4.1 2.3 云 杉 4.0 2.2
* 1 SFE 1 小 时 吸收 的 二 氧化 碳 。
增加 到 320ppm， 其 中 从 1958 年 到 1968 年 的 十 年 间 平 均 增 长 率 为 6ppmoe 若 按 此 速率 增长 下 去 ,估计 到 公元 2,000 FR, 将 增加 到 375 一 400ppm， 到 2020 年 时 将 达到 500 一 560ppm (Al 6-8)。 x 大 气 中 二 氧化 碳 吸收 地 面 的 长 波 辐 射 ， 防 止 地 面 热量 散 失 , 使 地 面 温 度 增加 , 特 称 之 为 花房 效应 ,又 称 “ 旭 室 效应 。 如 果 大 气 中 二 氧化 碳 含量 增加 到 375ppm， 那 么 ， 温 度 将 相应 增加 0.5%Co 假 如 二 氧化 碳 的 含量 加 倍 , 将 使 温度 增加 2%Cs 有 人 认为 ，2sc 的 温度 变化 将 引起 世界 性 的 气候 变化 。 极地 冰 aa] REVAL LA , 据 推 算 , 现 在 世界 上 海拔 60 米 以 下 的 平原 将 从 地 图 上 抹 掉 。 各 地 的 生态 系统 亦 将 发 生 一 系列 变化 。 这 一 连锁 反应 将 会 引起 人 类 生态 环境 大 幅度 改变 。 但 是 ;也 有 人 认为 这 仅仅 是 问题 的 一 个 方面 ,地 面 温度 变 化 不 只 决定 于 二 氧化 碳 含量 这 个 单一 因素 。 由 于 化 石 燃料 的
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ie, KAMAL Rw, MLM T MAREN Ra, 使 气温 下 降 , RZ “PAR”. HF Ai FR, 两 极 冰 盖 加 厚 ,山地 冰川 下 降 ARB, 所 以 , 有 人 推测 小 冰期 可 能 再 次 在 地 球 上 出 现 。 总 之 ,大 气球 人 尘 量 增加 会 导致 与 上 述 相 反 的 后 果 。 PRA, 两 者 是 人 否 会 抵消 ? 那 种 效应 居 优 势 ” 目前 尚 难 判定 。
CO, (ppm)
Vie He
May ut
a2 1958 1960 1962 1964 1966 1968 1970 1972 1974 1976 图 6-8， 大 气 中 二 氧化 碳 含量 变化 趋势 《夏威夷 岛 的 洛 阿 监测 站 测 得 的 ) 看 来 不 管 如 何 推论 ， 大 气 中 二 氧化 碳 含量 逐年 增加 ， 并 将 继续 增加 , 这 是 不 容 否 认 的 事实 。 大 气 中 二 氧化 碳 含量 增 加 ; 必 将 引起 气候 变化 ,这 是 肯定 无 疑 的 。 只 是 这 种 变化 是 否 能 被 其 它 变 化 所 抵消 ,或 向 着 那 一 方向 ( 变 暖 或 变 冷 ) 发 展 尚 难 做 出 肯定 地 回答 。 再 者 , 现在 开发 的 能 量 虽 然 远 远 小 于 太 阳 辐 射 到 地 球 上 的 能 量 ， 但 是 ， 这 些 能 量 常常 集中 在 局 部 地 区 ;因此 ,不 能 低估 它们 在 一 定 范围 内 的 生态 作用 。 从 人 类 生态 环境 角度 来 看 , VRE, 变 冷 也 好 , 结
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局 都 是 一 样 , 即 人 类 生存 的 环境 必 将 变化 。 生态 系统 的 净化 能 力 终归 是 有 限 的 ， 在 有 限 的 净化 能 力 之 肉 如何 使 之 发 挥 最 大 的 效应 ,这 是 生态 学 面临 的 任务 。
(=) WA ia
自从 二 十 世纪 四 十 年 代 发 现 高 效 杀 虫 剂 一 -DDT 以 来 ， 各 国 农药 的 生产 暴发 式 增长 。 农药 种 类 也 日 益 增多 , 其 毒性 也 愈 来 愈 大 。 人 们 为 了 在 同 害虫 和 鼠 类 的 斗争 中 获得 更 高 的 收获 ,把 大 量 的 农药 倾 撤 到 农田 `. 果 园 、 森 林 和 草场 上 ,然而 人 们 却 忽 视 了 一 个 重要 的 生态 现象 ， 那 就 是 对 昆虫 能 真正 做 到 有 效 的 控制 乃 是 生态 系统 本 身 ， 而 不 是 人 类 发 明 的 各 种 杀 虫 ， 药剂 。
目前 ， 还 没有 人 准确 地 知道 地 球 上 究 责 有 多 少 种 昆 时， ins 经 记录 在 案 的 超过 了 70 多 万 种 。 尤 其 是 某 些 昆虫 繁殖 的 速度 实在 令 人 惊讶 , 例如， 上 峻 蚜虫 不 需要 配偶 就 能 楷 殖 。 这 叫做 “PEA Eo 据 统 计 , 美国 的 一 种 蚜虫 一 年 间 所 能 竹 殖 的 数 量 相当 于 全 国人 口 总 量 的 1/4。 又 如 ， 一 只 苍蝇 仅仅 经 过 五 个 月 的 繁殖 , 产生 的 后 代 就 能 达到 76 亿 只 , 这 个 数字 还 是 以 每 12 个 卵 中 发 育成 一 只 苍蝇 的 情况 下 推算 出 来 的 。 假如 每 个 卵 都 能 孵化 为 成 虫 的 话 ， As 1.9 X 10” 的 天 文 数字 。 LAR AWE RIES RAD 我 们 设想 一 下 ,如 果 自 然 界 中 没有 各 种 昆虫 之 间 的 相互 吞食 ,以 及 各 种 天 MX PMS) Veh BERR Swe. Test 计 ， 一 只 燕子 在 一 个 夏季 捕捉 50 一 100 FAS, NPM 虫 ;一 队 核 鸟 在 营 祭 期 间 的 一 个 月 内 就 可 消灭 100 吨 蝗虫 。
由 于 我 们 忽视 了 自然 界 中 这 一 重要 的 生态 学 现象 ， 在 喷
。170 。
撒 农 药 时 却 将 我 们 的 朋友 (害虫 的 天 敌 ) 和 敌 大 (害虫 ) 一 起 杀 掉 。 既 消灭 了 吃食 庄稼 的 害虫 也 杀 死 了 捕食 害虫 的 益 鸟 和 益 虫 ， 这 确 是 二 分 遗憾 的 事情 ! ”很 多 事实 说 明 , 一 旦 某 些 害虫 的 天 敌 数量 减少 或 者 被 消灭 ,那么 ,这 些 害虫 就 会 在 适宜 的 条 件 爆发 起 来 ,从 而 造成 更 大 的 虫害 。
长 期 大 量 喷 撤 农药 ,还 会 使 一 些 害虫 的 抗 药 性 不 断 增 加 。 据 不 完全 统计 ， 目 前 , 产生 抗 药性 的 害虫 已 增加 到 200 一 300 Fe rh i oa Sw ka RS HE 效 农药 产生 了 高 度 的 抗 性 。 因 此 ,特效 药 也 就 无 所 谓 特 效 了 。 全 面 权衡 农药 的 利 刺 ， 目 前 有 些 国 家 已 下 念 禁止 使 用 或 者 控 制 使 用 一 些 残 毒 大 的 农药 ,其 中 DDT 已 列 人 首位 。
自从 1948 年 瑞士 人 米 勒 (P, H: Miiller) AHA DDT # 得 诺 贝尔 奖金 以 来 ， 仅 仅 经 过 三 十 多 年 的 时 间 便 被 下 令 禁 止 使 用 了 。 这 一 事实 说 明 ,， 人 类 对 自己 生存 的 环境 一 -生态 系 统 认 识 是 多 委 肤 浅 啊 ' 还 有 很 多 问题 有 待 我 们 努力 去 探索 。 -生态 系统 中 各 个 部 分 存在 着 相互 克制 , 食 与 被 食 的 关系 。 利用 这 种 生态 关系 来 控制 害虫 的 暴发 性 增殖 是 防治 虫害 的 有 | 效 途 径 。 这 种 防治 可 以 理解 为 用 人 为 的 方法 来 增强 自然 控制 的 能 力 。 为 了 取得 更 大 的 生态 效益 , 人 为 措施 不 应 打 乱 生态 系统 的 整体 性 。
ARO, by SMALE 中 的 微生物 都 是 生态 系统 不 可 分 割 的 组 成 部 分 。 因此 , CES 地 造林 的 同时 ， 也 要 为 这 些 生 态 系统 的 成 员 安排 合适 的 “ 住 gh” HS A, 以 便 把 食 虫 岛 、 蝙 蝠 等 招引 进 林内 ,借以 控制 害虫 的 草 延 。 据 统计 , —ReRE CEN 18 个 月 中 ， 可 消灭 2,000 个 昆虫 。 如 果 网 蛛 均匀 分 布 于 林内 ， 某 些 害虫 便 可 得 到 妥当 的 控制 。
河南 省 安阳 地 区 ,利用 麦田 里 发 生 的 球 虫 防治 粮 田 蚜虫 ，
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已 取得 可 喜 成 果 . 据 他 们 估计 ,一 只 束 虫 可 以 控制 一 百 只 蚜虫 。 这 方面 的 实例 尚 有 许多 ,有 待 总 结 和 推广 。 国 外 已 提出 “天 政 养殖 工厂 化 ”的 方案 ,这 是 一 项 大 有 前 途 的 生态 学 科研 工作 8
(四 ) 绿化 城市
防治 城市 污染 , 保护 城市 环境 , 一 方面 控制 污染 源 , 治理 三 废 。 另 一 方面 要 大 力 旨 化 ,建设 完整 的 绿地 系统 ;以 便 净 化 空气 ,调节 气候 ,美化 环境 ,增进 人 体 的 健康 。
1. 调节 气候
城市 绿化 ,包括 公园 人 工 造林 、 栽 植 行道 树 、 培 植 草坪 以 及 庭院 绿化 等 等 ,这 些 绿地 都 有 调节 气候 的 效果 。
夏天 ,植被 吸收 太阳 光 热 , 遮 萌 地 面 ， 降 低 气温 。 据 北京 的 资料 ,绿地 气温 比 非 绿地 气温 低 3 一 5"c , 比 建筑 物 低 10%C， 7 一 8 月 间 柏 油 路 面 的 温度 为 30 一 40"C， 而 草坪 只 有 22 一 24sC。 植 被 郁 闭 度 越 大 遮 彰 降温 效果 越 显著 。
RE, 森林 能 提高 气温 , 特别 是 林地 可 使 风速 降低 ,有 提 高 气温 的 效果 。 绿 地 还 能 加 速水 分 循环 ,增加 空气 湿度 ,造成 凉爽 舒适 的 环境 。 据 测定 ,一 公顷 阔 叶 林 夏季 每 天 蒸腾 2.500 吨 水 ， 比 裸露 地 高 20 倍 。 一 公顷 油 松林 蒸腾 43.6 一 50.2 吨 / 日 , 加 拿 大 杨 林 57.2 吨 / 日 。 森 林 真 象 一 台 “ 巨 天 的 抽水 机 号 不 断 地 把 土壤 下 层 的 水 分 抽送 到 空气 中 , 增加 空气 湿度 ， 还 可 减低 风速 ,增加 城市 的 静 风 日 数 。
2. 净化 空气
城市 中 工业 集中 ,工厂 每 日 排放 出 大 量 有 毒气 体 , 人 吕 密 集 , 人 在 呼吸 过 程 中 呼出 二 氧化 碳 吸 人 氧气 ， 因此， 空气 中 二
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氧化 碳 的 含量 相对 较 高 。 如 果 二 氧化 碳 的 浓度 高 于 0.05% ”时 ,人 呼吸 就 会 感到 不 舒服 , 当 增 加 到 0.20—0.60% NH, 对 人 体 就 有 害 了 。
绿色 植物 通过 光合 作用 吸收 二 氧化 碳 , 放 出 氧气 ,恰好 和 人 的 呼吸 作用 构成 一 个 完整 的 二 氧化 碳 循 环 。 植 被 是 二 氧化 碳 的 主要 消耗 者 ,一 公顷 阔 叶 林 在 生长 期 间 ,每 天 吸收 一 吨 二 氧化 碳 , 同 时 放出 0.73 吨 氧气 。 生 长 良好 的 草坪 ,每 平方 米 1 小 时 吸收 二 氧化 碳 1.5 克 。 如 果 按 每 个 成 年 人 每 日 吸入 0.75 公斤 氧 , 呼出 0.9 公斤 二 氧化 碳 来 计算 ， 则 每 人 有 10 平方 米 的 林地 或 25 平方 米 的 草坪 就 可 使 二 氧化 碳 和 氧气 循环 取得 平衡 。
UES), 绿地 还 能 吸附 和 吸收 一 些 有 害 气 体 , 如 三 氧化 硫 、 ALS. AAS, 以 及 其 它 重 金属 和 放射 性 物质 。 吸 收 有 害 物质 的 数量 因 植 物种 和 环境 而 不 同 。 例 如 ,每 公顷 刺槐 可 吸收 氟化氢 3.4 公斤 。 距 离 污染 源 40 一 500 米 处 的 刺槐 ,每 公顷 吸 ABH 42 公斤 。 每 公斤 核桃 树叶 可 吸收 320.8 毫克 的 铅 ,6.44 毫克 锅 。 每 公斤 刺 柏 时 能 吸收 39.8 毫克 铅 和 2.1 Bio
绿地 还 能 吸 滞 粉 侍 。 树 冠 茂密 ,使 风速 降低 ,削弱 风 的 搬 运 能 力 , 加 速 空气 中 的 粉尘 沉降 。 植 物 叶 面目 凸 不 平 , 或 生 有 RE BRA UAHA PARK, 能 把 空气 中 的 粉尘 粘 谐 在 时 面 上 。 因此 ,植被 是 空气 粉尘 的 天 然 过 滤器 。 据 报道 , 在 城市 中 , 绿 地 的 含 侍 量 比 街道 少 1/3 一 2/3。 一 般 矿区 的 降尘 量 为 1.52 ot /?, 公园 只 有 0.22 克 / 米 z 滞 侍 量 也 依 树种 而 不 同 ， 如 榆树 时 为 12.27 克 / 米 ?刺槐 叶 为 6.37 克 / 米 ?加 拿 大 杨 叶 为 2.06 克 / 米 ?。 一 公顷 油 松林 一 年 可 吸 滞 30 多 吨 粉 尘 。
在 绿地 里 ， 植 物 还 能 分 这 有 杀菌 能 力 的 挥发 性 物质 ， 因 此 ,病菌 的 数量 明显 的 少 于 非 绿地 。 据 南京 的 实测 材料 ,火车 站 每 立方 米 空 气 中 含 菌 49,200 个 ， 植 物 园 的 绿地 内 为 1.046
,173 。
个 ,相差 47.5 倍 。 森林 还 有 隔音 消 声 等 作用 。 BZ, he 地 对 防治 污染 、 调 节 人 类 的 生态 环境 有 重要 作用 -
城市 绿化 的 结构 也 以 多 树种 混交 ,阴阳 性 搭配 , 草 \ 治 、 乔 相 结合 的 复 层 生态 系统 为 好 ， 这 种 结构 对 环境 的 调节 能 力 较 强 。 ss
四 “战胜 生态 危机 创造 最 优化 的 生态 环境
近年 来 ， 一 些 报刊 发 表 了 不 少 文章 论述 我 国 各 地 生态 平 衡 失 调 ,给 工农 业 生 产 和 人 民 健 康 带 来 危害 。 与 此 同时 ,也 有 人 和 否认 我 国有 生态 危机 存在 。 事 实 是 怎样 的 呢 ?
(一 ) 什么 是 生态 危机 ? 我 国有 生态 危机 吗 ?
:我 们 知道 ， 生 态 环境 是 植物 、 动 物 和 人 类 赖 以 生存 的 场 所 。 现 今 的 生态 环境 是 经 过 长 期 交 变 形成 的 一 个 动态 平衡 的 系统 。 这 种 动态 平衡 一 旦 遭 到 破坏 ,新 的 平衡 又 未 形成 时 , 必 然 对 生物 和 人 类 产生 危害 ,甚而 影响 它们 的 生存 。 因 此 , 当 生 态 平 衡 严 重 失 调 而 且 在 深度 和 广度 上 不 断 扩展 和 深化 ,是 以 威胁 到 人 类 和 生物 生存 的 时 候 ,， 则 叫做 生态 危机 。 那么 ,我 国有 没有 生态 危机 呢 ? ”对 这 一 问题 ， 目 前 还 存在 不 同 看 法 。 按 着 我 们 对 生态 危机 的 理解 ， 既 然 承认 我 国 一 些 地 区 生态 平衡 严重 失调 ， 也 就 不 能 否认 存在 生态 危机 这 一 客观 事 实 。 首先 ， 从 我 国 的 人 地 比例 和 资源 质量 来 看 。 我 国 拥有 领土 960 万 平方 公里 ， 约 折合 144 亿 亩 土地 ， 现 有 人 人 口 十 亿 , 平 均 每 人 约 占 有 土地 面积 15 亩 。 衣 、 食 、 住 、 行 都 要 依靠
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这 15 亩 土地 。 这 :15 亩 土地 的 潜力 又 是 怎样 虽 ? 全 国 144 亿 ”军士 地 , 只 有 46 允 分 布 在 东部 气候 条 件 优越 的 季风 区 , 其 余 54% 被 高 寒 的 青藏 高 原 和 干燥 的 蒙 新 高 原 所 占据 。 在 这 些 土地 中 ,目前 难以 利用 或 不 能 利用 的 土地 ,如 沙漠 、 戈 壁 ` 裸 露 石山 、 冰 川 、 沼 泽 等 占 了 28 亿 亩 以 上 ,再 加 上 城乡 .道路 等 hi, 合计 可 上 古 全 国 总 面积 的 30 多。 Ast, 目前 最 大 可 能 利 用 的 面积 只 有 70%, 每 人 占有 可 利用 土地 10.5 BAA
在 这 可 利用 的 土地 中 ,山地 又 居多 数 , 现 有 耕地 每 人 只 占 有 1.56 亩 。 和 世界 平均 占有 土地 5.7 亩 相 比 ,相差 3.7 Ho KR 国 每 人 的 口粮 就 靠 这 1.56 亩 土地 。 然而 就 在 这 些 耕 地 之 中 ， 还 有 1/3 WEA HAMPERS REL. BORE Ae IB AG PR. WA ERROR ER Hh
再 看 看 森林 和 草原 资源 。 我 国 东 半 部 的 山地 适宜 森林 生 长 ; 但 目前 全 国 仅 有 森林 18 (CH, BRE 12.7%, SAK 有 森林 面积 2 亩 ， 森 林 蓄 积 量 不 到 10 米 ?， 是 世界 平均 数 的 1/105 况且 ,这 些 森 林 的 分 布 又 很 不 均匀 ,多 在 交通 不 便 的 偏 远 硬 区。 由 于 地 形 的 限制 ,实际 上 ,可 能 采伐 量 只 占 总 蓄积 量 的 1/3。
我 国 天 然 草场 约 50 亿 亩 , 其 中 , HEMKELEREY 为 9 亿 亩 ,高 寒 草场 20 亿 亩 ,这 些 草场 的 产 草 量 很 低 ， 需要 60—70 亩 ,甚至 上 百 亩 才能 牧 养 一 只 羊 。 剩 下 的 二 十 多 亿 亩 BY, 由 于 放牧 的 不 合理 , 已 有 1/3 退化 和 沙化 ,还 约 有 十 亿 亩 草场 因 缺 水 而 难于 利用 。 %
RE 90% 的 人 口 居住 在 东 半 部 , 人 口 密度 大 , 工业 大 城 市 集 咎 ;东部 生态 环境 承受 的 大 口 压力 大 ,环境 污染 严重 。 例 如 ; 辽宁 省 沈阳 市 附近 五 市 地 区 , 每 平方 公里 平均 321 人, 平 均 拥 有 土地 面积 3100 米 zs 辽东 半岛 的 新 金 县 ， 人 口 密 度 为 300 人 /平方 公里 , 每 人 占 地 3200 米 z。 辽宁 尚且 如 此 ,人 口 密
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度 最 大 的 地 区 ,如 上 海 、 太 湖 等 地 ,每 人 占有 土地 就 更 少 了 。 这 样 大 的 人 口 密度 如 果 不 采 取 科 学 的 办 法 ,吃饭 、 烧 柴 、 活动 等 等 必然 给 生态 环境 带 来 巨大 的 压力 和 严重 的 破 坏 。 国外 有 些 人 根据 现 有 生产 水 平 推算 ， 假 若 太阳 人 射 能 量 每 天 为 500 卡 /厘米 X 我 国 东北 平原 平均 为 356 卡 /厘米 2, 一 个 成 年 人 每 天 需要 的 能 量 为 3,000 千 卡 《目前 世界 大 部 分 地 ”区 只 在 2.500 千 卡 左右 )， 如 果 以 人 吃 牛 肉 , 牛 吃 玉米 ,能 量 转 化 率 平均 为 1/10 折 算 ， 则 需要 九 亩 土地 生产 出 来 的 玉米 才能 满足 一 个 成 年 人 需求 的 热量 。 这 个 数字 为 我 国 每 人 上 古 有 农业 耕地 的 5.8 倍 ， 与 我 国 每 人 占有 的 最 大 可 能 利用 土地 面 积 相 等 。 可 能 有 人 会 说 ,我 们 不 吃 牛 肉 , 专 吃 玉米 也 可 以 维持 人 的 生命 , 这 样 , 每 人 需要 的 土地 面积 就 可 以 减少 。 不 过 , 牛 吃 玉 . 米 是 指 吃 玉米 的 全 部 植株 , 包括 茎 和 时 。 而 人 只 能 吃 玉米 的 种 子 。 如 果 玉 米 种 子 热能 的 含量 占 全 植株 的 1/2, 则 每 人 所 需 的 土地 可 降低 5 倍 , 即 维持 一 个 人 的 生命 需要 1.8 亩 土地 , 仍 然 高 于 我 国 每 人 占有 的 耕地 面积 。 通过 这 一 粗略 的 估算 ， 可 以 看 出 ， REE SAAS ee 认真 解决 的 地 步 了 。 我 国 的 主要 工业 城市 几乎 集中 分 布 在 东 半 部 。 每 年 从 各 城市 工厂 中 排放 出 来 的 大 量 三废 等 有 毒物 质 使 一 些 地 区 的 大 气 \ 水 域 和 土地 遭受 污染 , 不 但 危害 工农 业 生产 ， estonia | 健康 受到 威胁 。 这 方面 的 实例 已 在 前 面谈 过 了 。 os 综 上 所 述 ， 说 明 我 国 的 自然 资源 和 生态 环境 确 已 遭 到 破 坏 , 生 态 平 衡 失 调 , 由 此 而 带 来 的 生态 危机 也 就 成 为 客观 存在 的 事实 。 不 承认 它 , 不 正视 这 一 问题 的 严重 性 ,不 采取 有 效 措 施 来 扭转 这 一 局 面 , 不 仅 我 们 这 一 代 人 要 付出 代价 ,而且 将 危 及 我 们 的 了 天 个 人
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(=) 生态 危机 的 局 示
其 实 , 生 态 危机 不 是 什么 新 的 问题 。 远 在 人 类 出 现 以 前 ， 在 地 球 生 物 进 化 的 早期 就 不 止 一 次 地 出 现 过 ， 只 不 过 那 时 候 的 生态 危机 不 是 人 类 活动 造成 的 罢了 。
例如 ,在 地 球 发 展 的 早期 ,原始 大 气 中 不 存在 氧气 。 地 球 最 早 的 生命 是 在 无 氧 条 件 下 产生 的 。 这 种 原始 细菌 是 厌 氧 的 原核 生物 。 随 着 生命 的 进化 ， 出 现 了 具有 光合 作用 的 蓝藻 。 这 种 植物 可 以 吸收 二 氧化 碳 和 水 ,在 日 光 能 作用 下 ,生产 有 机 物 ,并 放出 氧气 。 和 氧气 的 出 现 , 对 原始 厌 氧 细菌 来 说 本 是 致命 的 毒物 , 它 打 破 了 无 氧 环 境 与 厌 氧 细菌 的 生态 平衡 ,原始 生命 受到 威胁 , 发 生 过 生态 危机 。 造成 这 场 生 态 危 机 是 生物 进化 使 环境 改变 的 结果 。 随 着 大 气 中 氧气 含量 的 增加 ,生态 危机 RAC, 迫使 早期 厌 氧 生物 灭绝 , 代替 它 的 是 喜 氧 生物 , 进 而 地 球 上 出 现 了 真 核 生物 。 氧 化 使 生物 体内 的 代谢 过 程 可 能 从 碳水 化 合 物 中 获得 的 有 用 能 量 提高 了 18 倍 , 大 幅度 提高 了 生物 对 碳水 化 合 物 中 能 量 的 利用 率 。 真 核 生物 的 出 现 , 是 地 Bk LEME REK CK 旧 的 生态 平衡 被 破坏 ， 出现 生态 危机 ;, 却 导致 地 球 生物 进化 的 一 次 大 飞跃 。
再 如 ,地 球 进入 距 今 3.5 亿 年 的 石炭 纪 时 期 ,森林 在 全 球 范围 内 空前 繁茂 ,大 量 的 二 氧化 碳 被 固定 ,植物 残 体 在 沼泽 中 TLR, 埋 和 地 下 。 经 过 矿质 化 转变 成 煤 等 化 石 燃料 贮藏 于 地 下 ， 免 于 氧化 , 暂时 脱离 碳 的 生物 地 球 化 学 循环 。 大 气 中 二 氧化 碳 含量 逐渐 减少 , 平衡 失调 , 削弱 了 “花房 效应 ", 引 起 全 球 性 气温 下 降 , 导致 其 后 大 冰期 的 出 现 , 造 成 喜 暖 生物 死亡 和 绝 灭 。
中 生 代 称霸 世界 的 恐龙 ,在 白 亚 纪 末期 全 部 绝 灭 , 代 之 而
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起 的 是 哺乳 动物 的 兴盛 。 第 四 纪 时 期 , 又 出 现 过 多 次 全 球 性 冰期 , 引起 生态 危机 。 冰 期 到 来 ,气温 下 降 , 世 界 大 陆 有 32% 的 面积 被 冰川 覆盖 ,许多 生物 被 迫 迁 移 ,死亡 和 灭绝 。 追 使 我 们 的 祖先 一 一 类 人猿 从 树 上 下 到 地 面 生活 ， 并 逐渐 进 花 成 为 人 类 。 冰期 不 但 促进 人 类 的 产生 , 也 使 人 类 学 会 了 向 各 种 恶 劣 的 条 件 和 灾害 做 斗争 ,可 在 各 种 自然 环境 中 生活 人 类 出 现 以 后 ， 第 一 次 生态 危机 可 能 是 由 于 人 互 增 加 和 生产 方式 落后 的 矛盾 而 造成 的 。 人 类 出 现 的 早期 ,伴随 人 唱 不 断 增加 ， 仅 仅 依靠 采集 野 果 和 自然 狩猎 难以 满足 对 食物 日 益 增长 的 需求 。 这 场 生态 危机 促使 人 类 开创 了 种 植 业 和 饲养 业 , 使 粮食 和 肉 类 的 收获 量 成 倍增 长 而 得 到 了 克服 。 近代 ,又 由 于 全 球 性 人 口 猛 增 , 大 工业 出 现 ， 大 类 掌握 现 代 化 生产 工具 ,对 大 自然 干预 的 能 力 和 规模 日 益 深 化 和 扩大 ; 加 之 人 类 对 自然 规律 的 认识 尚 有 局 限 性 ， 或 为 了 眼前 利益 ， 掠夺 式 开 发 自然 资源 ,不 合理 地 耕种 土地 ,大肆 砍伐 森林 ,小 WRB, 造成 大 范围 环境 质量 下 降 , 生 态 平衡 失调 。 诸 如 北非 洲 撒哈拉 沙漠 的 扩展 ,古巴 比 伦 文化 发 源 地 , 美 索 不 达 米 亚 平 原 的 藻 资 化; 我国 黄土 高 原 的 水 土 流失 等 ,无 不 与 人 类 的 活动 有 关 。 + 现代 工业 大 量 排放 “三 废 * 有 毒物 质 , 对 环境 造成 污染 ;如 大 气 污 染 , 破 坏 臭氧 层 , 水 质 污染 ,水 域 富 养 化 等 等 ,更 促进 原 来 已 经 脆弱 的 生态 平衡 加 速 瓦解 ， 给 地 球 上 各 类 生物 和 人 类 的 生活 与 健康 带 来 了 新 的 生态 危机 。 Aik, 生态 危机 并 不 是 什么 捏造 出 来 的 神话 ,而 是 摆 在 我 们 面前 的 现实 。 问题 关键 在 于 我 们 怎样 对 待 这 一 事实 。 那 种 认为 生态 危 机 将 把 人 类 引 向 “无 绿色 的 坟墓 ,甚至 人 类 末日 即将 到 来 的 奇谈 怪 论 却 是 荒 廖 的 。 我 们 是 唯物 主义 者 ,承认 生态 危机 的 存在 ,正视 它 \ 研 究 它 , 揭 示 它 的 规律 性 ,运用 现代 化 科学 技术
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和 人 民 的 智慧 去 解决 它 , 战 胜 它 。 ” ， 生态 平衡 与 平衡 的 破坏 ， 并 建立 新 的 平衡 是 生态 系统 本 身 运 动 发 展 的 两 个 方面 。 必 须 研究 这 种 平衡 与 不 平衡 的 规律 性 。 有 时 ， 生 态 系统 发 展 对 人 类 有 利 ， 有 时 打破 旧 的 生态 平 衡 ,建立 新 的 平衡 ,创造 生产 力 更 高 的 生态 平衡 才 符 合 人 类 的 利益 。 因 此 ,只 要 深 入 研究 各 类 生态 系统 的 规律 , 按 着 规律 办 事 , 不 但 可 以 避免 生态 危机 造成 的 危害 ,还 会 创造 出 适 于 人 类 生产 和 生存 的 最 佳 生态 环境 。
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Ste ESRB 研究 与 展望
通过 以 上 的 论述 ， 可 以 看 到 生态 系统 学 说 是 在 人 类 开发 资源 ,改造 自然 和 治理 环境 污染 的 过 程 中 兴起 和 发 展 起 来 的 。 目前 ,有 些 理论 还 不 够 完善 ,并 且 正 在 接受 实践 的 检验 。 一 些 新 理论 和 新 方法 正在 不 断 地 涌现 。 无 数 事实 已 经 证 明 , 生态 系统 学 说 已 显示 出 强大 的 生命 力 5
生态 学 的 目标 是 综合 观察 十 分 复杂 而 且 变异 广泛 的 有 机 体 及 其 与 环境 的 错综复杂 的 相互 关系 。 人 们 长 久 以 来 就 渴望 对 生态 系统 的 未 来 能 够 预测 和 控制 ， 如 人 类 居住 的 环境 将 如 何 变化 ， 环 境 的 污染 如 何 控制 与 治理 等 等 都 是 人 们 极为 关心 的 问题 。 为 了 探索 和 解决 这 些 问 题 , 人 类 已 付出 了 不 少 的 代 价 。
但 是 ,生态 系统 是 一 个 多 种 成 分 的 综合 体 ,按照 传统 的 研 究 方法 ,用 文字 去 描述 它 的 规律 性 不 仅 宛 长 ,而 且 大 家 还 可 能 有 不 同 的 理解 。 如 果 运 用 数学 方法 去 演算 和 推导 , 对 任何 人 来 说 ,只 要 遵守 规定 的 程序 ,取得 的 结果 都 会 准确 一 致 。 然 而 生态 系统 本 身 是 个 复杂 的 多 因子 、 多 变量 的 动态 系统 ,洞察 它 的 变化 规律 ,预测 它 的 能 量 流动 ,物质 循环 以 及 生态 阔 限 需要 解析 很 多 的 生态 现象 , 列 出 庞大 而 繁杂 的 方程 组 ,难以 计算 。 Aim, 只 好 悲叹 这 是 一 个 可 望 而 不 可 及 的 领域 。 生态 系统 学 说 虽然 已 有 近 半 个 世纪 的 历史 ,但 在 一 九 五 O 年 以 前 ,基本 上 在 描述 性 工作 中 缓慢 前 进 。
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近 三 十 年 来 ,伴随 电子 计算 机 的 发 展 和 应 用 ,人 们 获得 了
”有 效 的 计算 工具 。 过 去 ， 用 十 几 年 不 吃 不 睡 才能 算出 的 一 个
复杂 的 未 知 数 ， 应 用 电子 计算 机 一 秘 钟 便 可 以 交 出 答案 。 有 陡 电 子 计算 机 可 以 解析 成 百 上 千 个 因子 组 成 的 复杂 系统 ， 从 而 打破 了 昔日 的 禁区 ,使 生态 模拟 ,生态 系统 动态 变化 的 预测 预报 迅速 发 展 起 来 。
生态 系统 又 吸收 了 控制 论 和 系统 工 程 学 中 的 系统 理论 及 系统 分 析 方 法 ， 结 合生 态 系统 的 特点 , 产生 了 系统 生态 学 。 系统 生态 学 还 采用 了 和 邻近 学 科 的 新 技术 ， 如 标记 元 素 的 生物 地 球 化 学 方法 , 迁 感 及 目 动 退 踪 技术 ,人 工 气 候 室 和 室内 模拟 实验 技术 以 及 红外 线 气 体 分 析 器 , 自 记 分 光 计 ，, 氧 弹 测 热 仪 等 先进 仪 古 做 为 研究 手段 ,用 于 探索 生态 系统 的 组 成 、 结 构 、 能 量 交换 、 物 质 循环 、 系 统 功能 和 发 展 规律 等 等 ,使 生态 系统 的 -研究 由 定性 发 展 到 定量 , 由 单一 到 综合 ,由 文字 描述 发 展 到 用 数学 语言 论证 ,从 静态 描述 到 动态 预测 。 这 样 ,又 为 探索 生态 系统 开辟 了 新 的 途径 。
系统 生态 学 用 数学 表达 式 来 描述 生态 系统 的 能 量 流 动 和 物质 循环 规律 。 系 统 分 析 的 目的 是 建立 生态 模型 。 模 型 包括 从 简单 直 框 式 到 供电 子 计算 机 使 用 的 复杂 的 数学 模型 ， 这 是 定量 研究 的 新 发 展 。
那么 ， 什 么 是 生态 模型 ? ”建立 生态 模型 有 什么 意义 呢 ? 一 切 客 观 存在 的 生态 系统 及 其 运动 形态 统称 之 为 实体 。 生 态 模型 是 对 实体 的 缩小 和 复制 。 例如 ,地球 仪 就 是 按 一 定 比例 缩小 的 地 球 模型 , 乘 上 一 个 系数 ,地 球 仪 仍 可 以 恢复 地 球 的 本 来 大 小 模型 是 对 实体 的 特征 和 变化 规律 的 一 种 定量 的 抽象 ， 用 数学 方程 式 来 表示 即 数 学 模型 。 数 学 模型 不 仅 可 以 表达 生 态 系统 的 机 能 及 其 内 部 的 动态 关系 ,生产 潜力 ,而 且 通 过 模型 试验 和 系统 模型 的 分 析 , 还 能 对 生态 系统 进行 预测 控制 和 最
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佳 设计 的 选择 。 它 是 合理 利用 自然 资源 的 重要 依据 。
常见 的 生态 模型 有 以 下 三 大 类 型 : (1) 动 态 模型 一 -用 一 系列 方程 式 来 表达 。 例如 ,关于 生物 生产 量 ， 可 以 预报 出 5 一 10 年 以 后 草原 产 草 量 的 丰 欠 动态 ， 最 精确 的 模型 可 以 预 测 10 天 以 后 树木 的 生长 量 是 多 少 ; (2) 灾 难 性 模型 一 预测 鼠 、. 虫 、 病 等 可 能 暴发 的 灾害 ,往往 与 野外 实际 情况 不 约 而 同 ; (3) 最 佳 模型 一 一 提供 维护 森林 、 草 原 沙漠、 农田 、` 河 流 、 湖 泊 生态 平衡 的 最 佳 方案 。 什 么 是 最 佳 方案 呢 ? ” 举 个 例子 ,如 战 国 时 代 , 齐 威 王 和 田鼠 赛马 ,双方 各 出 上 中、 下 三 匹 马 。 齐 威 王 的 马 , 实力 较 强 , 因 而 田鼠 三 战 三 败 。 后 来 , 困 鼠 调 正 了 方 案 , 以 下 马 对 齐 威 王 的 上 马 ,以 上 马 对 中 马 ,以 中 马 对 下 马 ;, 结 果 , 2:1 获胜 。 后 者 就 是 最 佳 方案 模型 。 显 然 ;最 佳 方案 是 我 们 合理 开发 利用 自然 资源 的 重要 依据 。
研制 生态 模型 ,大 体 采 取 以 下 步骤 :
第 一 步 ,对 生态 系统 进行 一 般 性 调查 , 了 解 其 成 分 、 结 构
及 其 相互 关系 。 列 出 组 分 名 单 , 设 计 出 流程 方 框图 。 “第 二 步 ， 根 据 方 框图 对 该 系统 各 变量 的 影响 进行 分 析 实 验 , 求 出 参数 。 然 后 模拟 列 出 方程 来 表达 这 种 关系 ,建立 数学 模型 。 第 三 步 ,展开 这 些 方程 之 后 ,编制 计算 机 的 计算 程序 。 在 给 定 有 关 因 素 测 定 的 数值 情况 后 , 便 可 “驱动 ”计算 机 去 模拟 生态 系统 的 动态 。
第 四 步 , 把 模型 放 在 自然 系统 中 加 以 检验 。
下 面 举 例 来 说 明 建 立 生 态 模 型 的 一 般 过 程 。 设 一 个 水 域 生态 系统 有 三 个 成 分 : 水 、 水 生 植 物 群落 和 草食 浮游 动物 。 假定 它 的 内 部 是 均一 的 ,外 部 环境 保持 一 定 ,唯一 流入 的 是 水 和 水 中 含有 的 磷 , 流出 的 是 水 和 草食 浮游 动物 。 两 个 流出 各 自 独 立 , 互 不 相 扰 。 这 三 个 成 分 构成 的 统一 系统 , 绘 出 的 系 绕
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Pity 2 Aan 7-1 所 示 :
7-1 一 个 非常 简单 的 由 三 个 成 分 组 成 的
生态 系统 的 流程 方 框图 X: = 水 中 磷 的 数量 2: = 食 草 动物 中 磷 流 出 的 速率 X,= 植物 中 磷 的 数量 Yi 一 植物 从 水 中 摄取 磷 的 速率 Xs 一 食 草 动物 中 磷 的 数量 Yau = 植物 损失 磷 的 速率 a, 一 磷 流 入 的 速率 Yn = 食 草 动物 从 植物 中 摄取 磷 的 速率 2 一 水 中 磷 流 出 的 速率 Ys = 从 食 草 动物 到 水 中 的 磷 损 失 的 速率
根据 系统 流程 方 杠 图， 对 磷 〈P) 在 系统 各 成 分 之 间 传 递 , 转 移 速 率 的 变化 进行 实验 , 求 出 各 个 参量 ,建立 数学 模型 。
把 系统 中 10 个 不 为 零 的 变量 列 人 表 7-1。 然后 对 该 系 统 进行 实验 每 天 有 100 毫克 磷 恒 定 流入 ,一 直到 流出 等 于 流 人， 达到 稳定 状态 。 假 定 自 水 中 流出 的 磷 每 天 是 19 毫克 ,从 草食 动物 移出 失掉 磷 81 毫克 。 此 时 ， 磷 在 系统 中 的 分 布 如 下 : 水 中 9.5 毫克 ,植物 1.4 毫克 ,草食 动物 9.0 毫克 ,生态 系 统 中 有 19.9 毫克 的 现存 量 。 通过 示 踪 原子 法 进行 详细 观测 ， 可 以 发 现 , 桓 物 以 每 天 133 毫克 的 速率 从 水 中 摄取 磷 , 又 以 每 天 ?7 毫克 的 速率 通过 分 这 返回 水 中 。 草 食 动物 每 天 吃 草 量 中 仿 磷 126 毫克 ,每 天 有 45 毫克 返回 到 水 中 。 把 这 一 组 数据 总 结 在 图 7-2 中 。
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2 7-1 7-1 中 的 数量 和 速率
内 容 成 分 项 目 Mts 植 wD BED D
数 量 Bt; X, Xs ee Ay 0 0 wm 6 Z, 0 2. 转 移
水 Yi 0 植 物 You ae, Y23 食 草 动 物 Ys: 0 5 |
表 7-2 系统 对 三 个 不 同 输入 等 级 〈a) 的 反应 《数据 是 达到 平衡 之 后 取得 的 )
图 7-2 在 平衡 达到 恒定 输入 率 为 100 毫克 /天 之 后 ， 三 个 成 分 的 生态 系统 中 磷 的 分 布 (毫克 ) 和 移动 率 ( 毫 克 / 天 )
如 果 流 入 磷 的 数量 发 生 改 变 , 其 它 变量 将 皇 样 变化 呢 ? 假如 把 磷 的 输入 速率 分 别 采 用 25 毫克 、100 毫克 和 400 2S
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克 / 天 , 表 7-2 示 出 可 能 出 现 的 结果 。 从 表 7-2 可 见 , 所 有 的 - 量 均 随 着 磷 流 动 速率 的 增加 而 增加 , 但 是 ,不 成 比例 。 其 中 Yo 表示 磷 从 水 中 转移 到 植物 的 数量 ，Yzs 表示 草食 动物 从 采 食 植 物 中 获得 磷 的 数量 ，2s ERK A MN MnE, Zs 随 着 磷 输 入 速率 增加 而 增加 的 幅度 较 大 。
由 图 7-1 可 以 看 出 影响 双 的 最 直接 因素 是 和 ， 影 响 Z, 的 最 直接 因素 是 XX, REA Ya 和 Xi, X3 Ya 和 X3 Ys 和 X,, X33 Yi 和 Xs 都 有 直接 关系 。 从 表 7-2 中 经 实验 所 得 各 个 量 的 数据 ,我 们 会 看 到 Z, MX, 间 存 在 着 简单 的 函数 关系 ， BU Z, 一 2X。 同 样 Z, = XI，Y = 10X,X,, Y., = 5X2, Y3= .10X;Xa, Yi = 5X。 如 果 用 字母 CC, 来 依次 表示 函数 式 的 系数 ， 就 会 得 出 这 个 仅 有 三 个 成 分 的 生态 系统 中 有 普遍 意义 的 六 个 函数 式 , 详 见 表 7-3。
表 7-3 生态 系统 中 六 个 过 程 速 率 的 函数 关系
数 值 解 参 数 wm 2 Z, = 2X， Z,=C,X, C,=2 Z, =X? Zs = C,X? C,=1 Y,, = 10X,X, Y,2 = C3X,X; C, 16 Y,, = 5X; Y,, = C,X, C,=5 Y,; = 10X,X; Y,3 = C,X,X; C, = 10 Y,, = 5X; Y;, = C,X, C, =5
根据 磷 在 系统 中 三 个 成 分 之 间 的 转移 方向 《〈 见 图 7-1 中 的 箭头 ) 可 以 得 出 该 生态 系统 中 磷 数 量变 化 的 微分 方程 :
ee eek Wit Y.. Ns <> Zi
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将 表 7-3 中 六 个 函数 式 代 人 上 上 式 , 得 : +t CRE CK Oye Fe SN oly dy. egy oy Ako OS, 0. dX, dt 这 就 是 具有 三 个 成 分 的 生态 系统 的 数学 模型 。 建立 数学 模型 以 后 ， 需要 进行 敏感 性 分 析 。 通过 电子 计 算 机 进行 模拟 ,观察 改变 自 变 量 数值 时 ,系统 反应 的 强 弱 ,以 便 确 定 使 系统 敏感 的 参数 值 。 如 果 经 过 模拟 以 后 ,数学 模型 真实 可 靠 , 就 可 以 用 这 个 模 型 进行 生态 系统 的 预测 预报 。 例 如 , 4A a, 为 200 克 /天 时 ,系统 其 它 变 量 如 何 改变 ”通过 电子 计算 机 运算 , 结 Re Ell: Sse > ST eee 区 Xe 13.1 了 TY-247:4 Y3, = 657
即 当 磷 增加 时 ， 三 个 成 分 Ki, X.. Xs 含 磷 量 增加 不 大 ， Z, 增加 有 限 , 而 Yo、Yas 么 成 倍增 加 ,说 明 植 物 群 落 和 草食 动物 的 生物 量 有 了 较 大 的 增长 。
事实 上 ,生态 系统 的 成 分 很 多 ,变量 成 百 上 千 。 上 面 举 出 的 例子 ,只 是 为 了 说 明 问 题 假 设 的 , 因此 , 建立 数学 模型 的 实 际 过 程 远 为 复杂 。
下 面 再 介绍 一 下 美国 丹 尼 〈V. Dyne) 倡导 的 分 室 模型 。 他 把 生态 系统 中 的 绿色 植物 ,草食 动物 、 肉 食 动物 、 分 解 者 等 等 ,分 别 作为 一 个 分 室 来 考虑 。 把 各 个 分 室 的 能 量 输入 和 输 出 的 经 路 用 线 连结 起 来 。 这 样 ， 就 把 生态 系统 中 的 能 量 流 程
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= C5X,X; 一 C.X; 一 C,X3
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图 7-3 结 缕 草 放牧 草场 的 分 室 生态 模 型 模型 图 式 化 了 。 图 7-3 是 根据 这 一 学 术 思 路 设计 的 结 缕 草 放 履 场 的 分 室 模型 。 这 是 一 个 八 分 室 模型 : “VL VAT. Vs 根 Vy 根 、V5 立 枯 、Vs MAE, V7 家 畜 、Vs 380
在 八 个 分 室 中 ,能 量 收 支 最 简单 的 是 辩 〈Vs)。 在 这 里 仪 有 家 冀 的 能 量 流入 和 由 于 腐败 分 解 而 产生 的 能 量 流出 两 个 方 面 。 能 量 流 入 随 家 畜 (V) 的 采 食 状况 而 变化 , eB wth 土壤 动物 \ 微 生物 活动 的 制约 。 用 数学 公式 表示 就 成 为 :
Vs 一 fpV7 一 faoVs 叶片 (Vi) 的 能 量 收 支 要 复杂 得 多 。 在 其 流入 部 分 有 辐
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射 热能 Q, 及 其 光合 作用 和 由 蕉 秆 V; 输送 进来 的 无 机 盐 类 两 个 部 分 。 前 者 又 受 温度 的 影响 ,而 且 也 和 叶绿素 \ 叶 本 身 的 状 态 有 关 。 这 在 图 里 被 忽视 了 。 就 是 从 茎 秆 流 人 来 看 , 也 和 蔡 AAS HMMA (fn) 有 关 。 因 而 Vi 的 流 人 部 分 用 faQ + LV, 的 公式 来 表示 。 反 之 V, 的 流出 部 分 首先 是 呼吸 名 向 葵 秆 的 方向 流出 f2。 其 次 ,有 植物 立 枯 (hs) 的 流出 ,因此 ,分 别 用 fgets 来 表示 ,概括 起 来 就 成 为 (fio + io + fs)Vi to — LESb ARR BRS CY) BB), BA REM (VO 部 分 ， 这 也 受 家 畜 活 动 约 制 , 所 以 , 用 fsVyV, 来 表示 。 还 有 被 家 畜 采 食 的 部 分 fy V7 和 作为 类 排 出 的 部 分 ， 因 为 通过 家 畜 V) 这 个 分 室 , 所 以 ,成 为 纪 Vs Vio 把 上 面 这 些 加 以 综合 ,形成 下 列 DSK: 3 : ,
Vi = f1Q + faV2 — Cho + fiz + fis) Vi — fieV7Vi
一 foVsV, 一 fyV7
对 其 它 分 室 也 进行 这 样 的 系统 分 析 ， 其 结果 都 能 分 别 用 数学 式 来 表示 。 除了 对 各 分 室 的 现存 量 进 行 测定 以 外 , 如 能 把 与 能 量 出 人 有 关 的 条 件 搞 清楚 , 也 就 能 够 知道 V, 的 现存 量 和 其 它 各 种 变动 情况 ， 也 就 能 判明 整个 生态 系统 中 的 能 量 动 数学 模型 把 生态 系统 的 综合 状态 和 变化 在 电子 计算 机 的 运算 下 ,用 数学 方程 式 定量 地 反映 出 来 ,表明 系统 各 成 分 之 间 的 关系 ,使 我 们 比较 清楚 地 了 解 影响 系统 生产 量 的 因素 ,并 能 在 指定 条 件 下 提出 对 各 种 生态 系统 组 织 生 产 的 最 优 方 案 。 因 此 ;数学 模型 是 认识 生态 系统 的 科学 基础 。 当 前 ,还 处 在 萌芽 KA, 有 待 生态 学 和 数学 工作 者 携 同 努力 。 如 果 建 造 出 完整 而 又 符合 实际 的 模型 则 可 以 充分 揭 开 生 态 系统 这 个 宏观 世界 的 秘密 。 可 以 预计 ,在 未 来 的 二 十 年 里 ,生态 模拟 定 会 卓 有 成 效 地 发 展 起 来 。 通过 模拟 , 也 会 带动 生态 学 探求 出 新 的 定律
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和 理论 。 ”科学 技术 的 发 展 ， 给 生态 系统 的 野外 调查 和 室内 实验 的 手段 和 方法 也 带 来 了 新 的 广阔 前 途 。
例如 ,美国 IBP 草原 研究 站 ， 由 科罗拉多 州立 大 学 V， 尼 教 授 主持 , 执 行 了 一 个 叫 “ 波 奈 计 划 ” 的 研究 。 波 奈 研究 地 区 位 于 美国 中 部 矮 草草 原 带 ， 研 究 生态 系统 各 营养 级 别 的 生 物 生 产 力 。 作 为 研究 站 的 “神经 中 枢 ? 设 在 上 距 现 场 六 十 公里 以 外 的 福特 . 克 林 兹 大 学 的 高 楼 里 。 此 楼 设 有 计算 机 装置 ,从 野 外 观测 点 送 来 的 信息 数据 ,在 室内 进行 计算 解析 ,由 野外 生物 学 .室内 生物 学 .计算 数学 .系统 分 析 、\ 程 序 管理 学 等 等 专业 的 工作 者 组 成 研究 集团 ,以 计算 解析 为 基础 ,建造 生态 系统 的 整 体 模型 (图 7-4) 和 部 分 模型 。
按 着 数学 模型 进行 生态 系统 动态 的 模拟 试验 ， 订 出 新 的 调查 计划 ，, 向 现场 发 出 指令 , 指挥 研究 工作 ,突破 了 生物 学 传 统 的 旧 框 框 ,以 轩 新 的 姿态 开展 研究 。
使 用 的 仪器 也 不 断 更 新 。 在 野外 汽车 上 装 有 专 供 测定 植 被 光合 作用 的 成 套 设备 ; 还 有 能 把 金属 制 的 圆 简 自 动 打 人 地
下 的 取样 车 ;采取 整 段 土壤 标本 用 的 起 重 机 ,各 种 类 型 的 人 工
气候 室 等 等 。
生态 系统 的 理论 和 系统 分 析 的 方法 是 目前 研究 宏观 自然 界 比 较 完 整 的 理论 和 认识 宏观 自然 界 最 有 力 的 手段 。 摆 在 我 们 面前 的 自然 界 是 一 个 不 可 分 割 的 复杂 综合 体 。 在 传统 上 ， 认识 自然 界 的 方法 是 把 自然 综合 体 人 为 地 分 割 成 若干 个 部 分 ,分 门 别 类 地 进行 研究 。 虽 然 这 是 必要 的 ,但 它 却 不 能 从 根 本 上 揭示 自然 综合 体 本 身 内 在 的 规律 性 。 整体 不 等 于 部 分 ， 整体 的 属性 更 不 是 各 部 分 属性 的 简单 累积 。 All, 生态 系统 的 研究 将 给 我 们 提供 打开 自然 综合 体内 部 奥 密 的 金 钥匙 。 这 一 新 兴 的 学 科 必 将 在 我 们 面前 展现 出 无 限 美好 的 前 景 。 它 将
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Ro|ACMASTSSAS RENAE, RSPK—-SAN 攻坚 之 中 ,用 这 把 金 钥 是 去 打开 自然 界 奥 密 的 大 门 ,为 人 类 的 幸福 做 出 巨大 的 贡献 。
必须 指出 ,无论 是 系统 分 析 , 或 是 控制 理论 , 还 是 数学 模 拟 与 电子 计算 机 的 运算 ,要 达到 生态 系统 工作 的 要 求 , 进 而 三 足 实 践 应 用 , 还 有 许多 困难 和 障碍 , 还 存在 着 相当 一 段 差 距 。 譬如 ， 从 系统 理论 的 概念 上 把 生物 与 非 生物 环 境 分 开 是 必要 的 ,但 在 自然 界 的 实践 中 , 两 者 是 紧密 地 相互 关联 , 并 不 能 准 确 细 致 地 分 割 开 。 再 如 , 相 邻 两 个 生态 系统 的 分 愉 线 也 往往 难于 用 客观 的 标准 划分 。 即使 是 一 个 很 小 的 范围 的 低级 系 统 , 时 空 变化 多 端 ,是 错综复杂 的 ,甚至 用 严密 的 数学 方法 ,对 生态 系统 中 的 一 个 简单 过 程 也 难以 做 出 令 人 满意 的 表达 。 凡 此 种 种 困难 摆 在 我 们 的 面前 ,需要 我 们 进行 协同 研究 ,认真 解 决 。 生 态 系统 的 综合 性 启示 我 们 必须 打破 传统 的 科学 分 门 杠 框 , 掌 握 广 博 的 现代 科学 理论 和 方法 , 既 包括 自然 科学 也 包括 社会 科学 。 只 有 这 样 , 才 有 可 能 从 旺 冠 上 搞 下 这 颗 绚 丽 多 彩 的 明珠 。
我 国 于 1978 年 正式 成 立 了 “人 与 生物 圈 ” 研 究 委 员 会 。 并 陆续 在 长 白山 膛 带 森林 区 内 蒙古 锡林郭勒 草原 区 、 新 疆 荒 次 区 和 青海 高 寒 草 原 区 建立 生态 系统 研究 站 ,组 织 多 学 科 , 采 用 新 手段 ,对 森林 、 和 草原 和 苔 次 等 生态 系统 的 结构 、 功 能 、 生 物 生 产 、 能 量 循环 和 物质 循环 规律 展开 综合 研究 。 传统 的 生态 学 正在 以 新 的 姿态 向 以 生态 系统 为 中 心 的 综合 研究 迈 进 。
目前 ,生态 学 的 各 个 应 用 学 科 , 例如 ,研究 环境 污染 和 环 境 保护 的 污染 生态 学 ， 研 究 农作物 种 群 结构 、 能 量 循环 和 物 质 循环 的 农田 生态 学 ， 研 究 目 然 资 源 合理 开发 利用 的 资源 生 态 学 ， 以 及 用 生态 学 的 方法 研究 城市 的 特点 ， 为 研究 城市 规
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都 获得 了 一 定 的 发 展 。 毫 无 疑问 , 研究 宏观 世界 的 生态 学 与 研究 微观 世界 的 分 子 生物 学 相辅相成 ， 齐头并进， 飞跃 必
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